JP2021156290A - 圧縮機システム - Google Patents

Abstract

【課題】一つに駆動機で複数の圧縮機を高速運転させる。【解決手段】圧縮機システムは、軸線を中心に回転する駆動軸を有する駆動部と、ガスを圧縮する複数の圧縮機と、前記駆動軸の回転を増速させて複数の前記圧縮機に伝達する伝達機構と、を備え、前記伝達機構は、前記駆動軸とともに回転する主軸と、前記主軸に固定された主歯車と、前記主軸の回転を対応する一つの前記圧縮機に伝達する複数の歯車機構を備え、前記歯車機構は、前記主歯車に噛み合う副歯車と、前記副歯車が固定されて前記副歯車とともに回転する副軸と、前記副軸とともに回転する複数の第一歯車と、前記第一歯車に噛み合う出力歯車と、前記出力歯車が固定されて前記圧縮機に接続された出力軸と、前記副軸を回転可能に支持する第一軸受と、前記出力軸を回転可能に支持する第二軸受と、を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、圧縮機システムに関する。

各種の圧縮流体を生成する軸流圧縮機や遠心圧縮機等の圧縮機には、駆動機（モータ）によって駆動されるものがある。例えば、特許文献１には、一台の駆動機により、複数の圧縮機を駆動する圧縮機システムがある。特許文献１の構造では、一台の駆動機に対して、異なる出力軸に接続された増速機を介して高圧側の圧縮機と低圧側の圧縮機とが直列に連結されている。

国際公開第２０１６／０４２６３９号

ところで、上述したような駆動機に対して、駆動軸である二軸の駆動機の出力軸に接続された圧縮機を高速でそれぞれ運転させる際には、増速機と圧縮機とを繋ぐ増速機の出力軸が高速で回転する。また、高速で出力軸を回転させるためには、増速機の出力軸の軸径を小さくする必要がある。軸径が小さくなれば、増速機の出力軸を支持する軸受の径も小さくなる。軸受が小さくなることで、軸受の許容可能な周速の関係上、軸受が受ける単位面積当たりの荷重である面圧が大きくなってしまう。面圧が大きくなりすぎると、軸受で許容可能な面圧に限りがあるため、高速で回転する軸を安定して支持することが難しくなってしまう。このように、一つの駆動機で複数の圧縮機を安定して高速運転させることが難しい。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、一つに駆動機で複数の圧縮機を安定して高速運転させることが可能な圧縮機システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る圧縮機システムは、軸線を中心に回転する駆動軸を有して回転駆動される駆動部と、ガスを圧縮する複数の圧縮機と、前記駆動軸の回転を増速させて複数の前記圧縮機に伝達する伝達機構と、を備え、前記伝達機構は、前記駆動軸とともに回転する主軸と、前記主軸に固定された主歯車と、前記主軸を囲むように配置されて、前記主軸の回転を対応する一つの前記圧縮機にそれぞれ伝達する複数の歯車機構を備え、前記歯車機構は、前記主歯車に噛み合う副歯車と、前記副歯車が固定されて前記副歯車とともに回転する副軸と、前記副軸を囲むように周方向に互いには離れて配置されて、前記副軸とともに回転する複数の第一歯車と、前記第一歯車に噛み合う出力歯車と、前記出力歯車が固定されて前記圧縮機に接続された出力軸と、前記副軸を回転可能に支持する第一軸受と、前記出力軸を回転可能に支持する第二軸受と、を有する。

本開示の圧縮機システムによれば、一つに駆動機で複数の圧縮機を安定して高速運転させることができる。

本開示の第一実施形態に係る圧縮機システムの概略構成を示す模式図である。 第一実施形態の遊星歯車機構を示す圧縮機システムの要部拡大図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 本開示の第二実施形態に係る圧縮機システムの概略構成を示す模式図である。 図４のＢ−Ｂ矢視断面図である。

以下、添付図面を参照して、本開示による圧縮機システムを実施するための形態を説明する。しかし、本開示はこの実施形態のみに限定されるものではない。

（圧縮機システムの構成）
圧縮機システム１は、一つの駆動機２で複数の圧縮機３を高速運転させる。圧縮機システム１では、駆動機２に対して複数の圧縮機３が同じサイドに並んでおり、一つの駆動機２に対して複数の圧縮機３が並列に繋がれている。図１に示すように、本実施形態の圧縮機システム１は、駆動機２と、複数の圧縮機３と、伝達機構４と、を備えている。本実施形態の圧縮機システム１では、一つの駆動機２のみが配置されている。

駆動機２は、圧縮機３を駆動させるための動力を発生させるように回転駆動される。駆動機２は、軸線Ｏを中心に回転する駆動軸２１を有している。駆動軸２１は、一つのみ配置されている。駆動軸２１は、軸線Ｏを中心とする円柱状に形成されている。本実施形態の駆動機２は、駆動軸２１を駆動させるモータである。なお、駆動機２としては、圧縮機３を駆動させるための動力を発生させることができればよく、モータ以外に蒸気タービン等を採用することができる。

圧縮機３は、作動流体としてガスを圧縮する。圧縮機３は、それぞれ内部に配置されたインペラ（不図示）を用いて分子量１０以下のガスを圧縮する。本実施形態の圧縮機３は、水素ガスを圧縮する一軸多段遠心圧縮機である。本実施形態の圧縮機３として、第一圧縮機３１、第二圧縮機３２、及び第三圧縮機（不図示）の三つを有している。第一圧縮機３１、第二圧縮機３２、及び第三圧縮機は、配管（不図示）を介して順に接続されている。圧縮機システム１では、圧縮すべきガスが、第一圧縮機３１、第二圧縮機３２、及び第三圧縮機の順に導入されて順次圧縮される。ガスは、第三圧縮機において圧縮された後、圧縮機システム１の外部の供給先に供給される。なお、複数の圧縮機３は、互いに繋がるよう順に接続されるように配置されていることに限定されるものではない。複数の圧縮機３は、互いに切り離されて独立して運転可能なように、並列に配置されていてもよい。

（伝達機構の構成）
伝達機構４は、駆動軸２１の回転を増速させて複数の圧縮機３に伝達する。伝達機構４は、一つの駆動軸２１と、複数の圧縮機３とを接続している。伝達機構４は、圧縮機３の定格運転時に、後述する太陽軸５８を１００００回転以上１０００００回転以内程度の周速まで増速させて回転させる。伝達機構４は、ケーシング４０と、主軸４１と、主歯車４２と、主軸軸受４３と、複数の遊星歯車機構（歯車機構）５と、を有している。

ケーシング４０は、伝達機構４における外装を構成している。ケーシング４０は、主軸４１と、主歯車４２と、主軸軸受４３と、複数の遊星歯車機構５とを内部に収容している。

主軸４１は、駆動軸２１とともに回転する。主軸４１は、主歯車４２を介して、駆動軸２１の回転を複数の遊星歯車機構５に伝達する。主軸４１は、ケーシング４０の外部で駆動軸２１の端部と接続されている。主軸４１は、駆動軸２１によって軸線Ｏまわりに回転駆動される。主軸４１は、軸線Ｏを中心とする円柱状に形成されている。つまり、主軸４１は、駆動軸２１と同軸となるように配置されている。主軸４１は、先端がケーシング４０内に配置されるようにケーシング４０を貫通している。

主歯車４２は、ケーシング４０内で主軸４１に固定されている。主歯車４２は、軸線Ｏを中心とする円板状に形成された外歯車である。本実施形態の主歯車４２は、伝達機構４で使用される歯車の中でも最も外径が大きい。なお、主歯車４２は、伝達機構４で使用される歯車の中でも最も外径が大きい形状であることに限定されるものではない。

主軸軸受４３は、ケーシング４０に対して主軸４１を回転可能に支持している。主軸軸受４３は、ケーシング４０の内部に固定されている。本実施形態の主軸軸受４３は、ジャーナル軸受である。主軸軸受４３は、主歯車４２を挟むように、主軸４１に対して一対配置されている。

（遊星歯車機の構成）
複数の遊星歯車機構５は、主軸４１を囲むようにケーシング４０の内部に配置されている歯車機構である。各遊星歯車機構５は、対応する一つの圧縮機３と一対一の関係で接続されている。各遊星歯車機構５は、主軸４１の回転を対応する一つの圧縮機３に伝達する。本実施形態では、第一圧縮機３１に接続された第一遊星歯車機構５Ａ、第二圧縮機３２に接続された第二遊星歯車機構５Ｂ、及び第三圧縮機に接続された第三遊星歯車機構５Ｃの三つが、図３に示すように、ケーシング４０内に均等に離れて配置されている。本実施形態では、第一遊星歯車機構５Ａ、第二遊星歯車機構５Ｂ、及び第三遊星歯車機構５Ｃは、同じ構成となされている。図２に示すように、本実施形態における各遊星歯車機構５は、副軸５１と、副歯車５２と、複数の遊星歯車（第一歯車）５３と、複数の第一歯車軸５４と、歯車支持部５５と、内歯車５６と、太陽歯車（出力歯車）５７と、太陽軸（出力軸）５８と、第一軸受６１と、第二軸受６２とを有している。

副軸５１は、主軸４１の回転が伝達され、主軸４１とともに回転する。副軸５１は、軸線Ｏと平行に延びる第一中心線Ｏ１を中心とする円柱状に形成されている。副軸５１は、主軸４１に対して、主軸４１の径方向の外側に離れた位置に配置されている。副軸５１は、主軸４１と平行に延びている。副軸５１は、主軸４１が回転することで、第一中心線Ｏ１を中心に回転する。

副歯車５２は、主歯車４２と噛み合っている。副歯車５２は、副軸５１に固定されている。副歯車５２は、第一中心線Ｏ１を中心とする円板状に形成された外歯車である。本実施形態の副歯車５２は、主歯車４２よりも外径が小さい。なお、副歯車５２は、主歯車４２よりも外径が小さいことに限定されるものではない。例えば、副歯車５２は、主歯車４２と同じ径であってもよい。

複数の遊星歯車５３は、副軸５１の回転が伝達され、副軸５１とともに回転する歯車機構における第一歯車である。複数の遊星歯車５３は、内歯車５６を介して副軸５１の回転が伝達され、副軸５１の回転とともに回転する。複数の遊星歯車５３は、副軸５１に対して、副軸５１の径方向の外側に配置されている。複数の遊星歯車５３は、図３に示すように、太陽軸５８の周方向に互いに間隔をあけて配置されている。本実施形態では、三つの遊星歯車５３が周方向に均等に離れて配置されている。なお、第一歯車である遊星歯車５３の数は、三つに限定されるものではなく二つ以上であればよく、四つ以上配置されていてもよい。その際、遊星歯車５３の数は、三つ以上が均等に離れて配置されることが好ましい。各遊星歯車５３は、第二中心線Ｏ２を中心とする円板状に形成された外歯車である。複数の遊星歯車５３は、公転せずに、自身の中心線である第二中心線Ｏ２を中心として自転のみする。

図２に示すように、第一歯車軸５４は、遊星歯車５３とともに回転する遊星歯車軸である。第一歯車軸５４は、軸線Ｏ及び第一中心線Ｏ１と平行に延びる第二中心線Ｏ２を中心とする円柱状に形成されている。第一歯車軸５４は、副軸５１に対して、副軸５１の径方向の外側に離れた位置に配置されている。第一歯車軸５４は、主軸４１及び副軸５１と平行に延びている。第一歯車軸５４は、第二中心線Ｏ２を中心として自転可能に遊星歯車５３を支持する。

歯車支持部５５は、複数の遊星歯車５３を自転可能に支持する。本実施形態の歯車支持部５５は、第一歯車支持部５５Ａと、第二歯車支持部５５Ｂとを有している。具体的には、第一歯車支持部５５Ａ及び第二歯車支持部５５Ｂは、第二中心線Ｏ２を中心として回転可能に複数の第一歯車軸５４の両端を支持している遊星キャリアである。第一歯車支持部５５Ａ及び第二歯車支持部５５Ｂは、複数の第一歯車軸５４が移動しないように、複数の第一歯車軸５４の相互の位置を維持している。第一歯車支持部５５Ａは、ケーシング４０に対して移動不能な状態で固定されている。第二歯車支持部５５Ｂは、ケーシング４０に対して固定されていない。

内歯車５６は、副軸５１の端部に固定されている。内歯車５６は、第一中心線Ｏ１を中心として環状に内側に向かって複数の歯が並び、複数の遊星歯車５３と噛み合っている。本実施形態の内歯車５６は、第一中心線Ｏ１を中心とする有底円筒状に形成されている。図３に示すように、内歯車５６は、内部に収容された複数の遊星歯車５３に対して外側から噛み合っている。内歯車５６は、副軸５１とともに回転することで、内部に配置された複数の遊星歯車５３に対して副軸５１の回転を伝達する。なお、内歯車５６は、歯が内側に形成された筒状の部材と、副軸５１に固定される部材とが別の部材で形成されていてもよい。したがって、内歯車５６は、副軸５１に固定される部材に複数の孔が形成されたような構造であってもよい。また、内歯車５６は、副軸５１に固定される部材が複数の部材に分かれたストラッド形状であってもよい。

太陽歯車５７は、複数の遊星歯車５３に対して内側で噛み合っている出力歯車である。太陽歯車５７は、第一中心線Ｏ１を中心とする円板状に形成された外歯車である。太陽歯車５７は、複数の遊星歯車５３よりも外径が小さい。なお、太陽歯車５７は、円板状であることに限定されるものではなく、円筒状であってもよい。つまり、太陽歯車５７の厚みは何ら限定されるものではない。また、太陽歯車５７は、複数の遊星歯車５３よりも外径が小さいことに限定されるものではない。したがって、太陽歯車５７の大きさ、複数の遊星歯車５３と同じ又は大きく形成されていてもよい。

図２に示すように、太陽軸５８は、その一方の端部（駆動機２に近い端部）に太陽歯車５７が固定されている出力軸である。太陽軸５８は、その他方の端部（駆動機２に近い端部と反対側の端部）に圧縮機３の回転軸に接続されている。太陽軸５８は、遊星歯車５３の回転が伝達された太陽歯車５７とともに、第一中心線Ｏ１を中心として回転する。太陽軸５８は、第一中心線Ｏ１を中心とする円柱状に形成されている。太陽軸５８の軸線は、副軸５１の第一中心線Ｏ１と一致している。つまり、太陽軸５８は、駆動軸２１に対して平行かつ径方向の外側にずれた位置となるように配置されている。図１に示すように、太陽軸５８は、先端（一方の端部）がケーシング４０内に配置されるように、ケーシング４０を貫通している。なお、太陽軸５８は、先端がケーシング４０内に配置されるように、ケーシング４０を貫通した構造に限定されるものではない。太陽軸５８は、継手を用いる場合には、ケーシング４０内に収容されていればよく、ケーシング４０を貫通した構造でなくてもよい。

図１及び図２に示すように、第一軸受６１は、副軸５１をケーシング４０に対して回転可能に支持している。第一軸受６１は、ケーシング４０の内部に固定されている。本実施形態の第一軸受６１は、ジャーナル軸受である。第一軸受６１は、ジャーナル軸受であれば、主軸軸受４３と同じ種類及び大きさの軸受であってもよく、異なる種類及び大きさの軸受であってもよい。したがって、第一軸受６１は、転がり軸受やすべり軸受であってもよい。第一軸受６１がすべり軸受の場合には、例えば、周方向に分割されていない筒状のスリーブタイプの軸受であってもよい。また、第一軸受６１がすべり軸受の場合には、例えば、周方向に分割された複数のパッドを有するティルティングパッド軸受であってもよい。第一軸受６１は、副歯車５２を挟むように、副軸５１に対して一対配置されている。

第二軸受６２は、太陽軸５８をケーシング４０に対して回転可能に支持している。第二軸受６２は、第一歯車支持部５５Ａに固定されている。本実施形態の第二軸受６２は、ティルティングパッド軸受である。第二軸受６２は、太陽歯車５７に対して圧縮機３に近い位置に配置されている。第二軸受６２は、ケーシング４０に対して移動不能な状態とされていればよく、第一歯車支持部５５Ａに固定された構造に限定されるものではない。例えば、第二軸受６２は、ケーシング４０に直接固定されていてもよい。また、第二軸受６２は、太陽軸５８の振動を減衰させるようなダンピング機能が付加された軸受であってもよい。

（作用効果）
上記構成の圧縮機システム１では、駆動軸２１の回転が、伝達機構４を介して圧縮機３に増速されて伝達されている。伝達機構４では、駆動軸２１が回転することで、駆動軸２１に接続された主軸４１が回転する。その結果、主軸４１に固定された主歯車４２が回転する。主歯車４２の回転によって、主歯車４２と噛み合う副歯車５２が回転し、主軸４１よりも回転数が大きい状態で副軸５１が回転する。副軸５１が回転することで、副軸５１に接続された内歯車５６が回転する。内歯車５６が回転することで、三つの遊星歯車５３が回転し、三つの遊星歯車５３と噛み合う太陽歯車５７が回転する。その結果、太陽歯車５７が固定された太陽軸５８が、副軸５１よりも回転数が大きい状態で回転する。このように、駆動軸２１の回転は、主軸４１、主歯車４２、副歯車５２、副軸５１、内歯車５６、三つの遊星歯車５３、太陽歯車５７、太陽軸５８の順に回転が伝達される。太陽軸５８が回転することで、太陽軸５８に接続された圧縮機３に回転が伝達される。

本実施形態の圧縮機システム１では、駆動機２から圧縮機３に対して回転が伝達される途中で歯車機構である遊星歯車機構５が介在されている。つまり、副軸５１は、圧縮機３と直接繋がれているわけではなく、遊星歯車機構５を介して圧縮機３と繋がれている。そのため、圧縮機３を高速運転させる場合でも、太陽軸５８を高速で回転させることとなり、副軸５１を高速で回転させる必要が無い。つまり、副軸５１を太陽軸５８に比べて低速で回転させることができる。その結果、副軸５１の軸径を小さくする必要が無くなる。したがって、副軸５１を支持する第一軸受６１を小さくする必要が無くなり、第一軸受６１の受ける面圧を小さくすることができる。これにより、第一軸受６１としてジャーナル軸受の種類を問わず様々な軸受を使用できる。したがって、第一軸受６１に対して設計上の自由度を確保したうえで、副軸５１を安定して支持できる。さらに、遊星歯車機構５では、均等に離れて配置された三つの遊星歯車５３から中心に配置された太陽歯車５７に伝わる荷重は、三つの遊星歯車５３のそれぞれから働く荷重によって互いに相殺されて限りなく小さくなる。その結果、太陽歯車５７が固定された太陽軸５８には遊星歯車５３による荷重がほとんど作用しない。これにより、太陽軸５８を高速で回転させても、太陽軸５８から第二軸受６２に作用する面圧を抑えることができる。このように伝達機構４に配置された軸受に作用する面圧が小さくできる。そのため、圧縮機３を高速運転させた場合であっても、第二軸受６２への影響が小さくなり、第二軸受６２の小型化を図ることができる。そして、このような遊星歯車機構５を複数有することで、軸受への影響を低減させて、複数の圧縮機３を一台の駆動機２で安定して高速運転させることができる。

また、ティルティングパッド軸受である第二軸受６２によって太陽軸５８が支持されている。つまり、面圧が非常に小さくとも軸を支持可能なティルティングパッド軸受で太陽軸５８が支持される。その結果、複数の遊星歯車５３によって太陽軸５８から第二軸受６２に作用する面圧を抑えた状態でも、高速で回転することで不安定振動が生じやすい太陽軸５８を、第二軸受６２で安定して支持することができる。

また、圧縮機３は、分子量１０以下の水素ガスを圧縮している。水素ガスのよう分子量の小さいガスを圧縮する場合、多数のインペラによって多段階で徐々に圧縮しなければ、所望の圧力まで圧縮することができないことが多い。つまり、分子量の小さいガスを圧縮する場合には、多段圧縮機であっても一つだけでは足りないため場合もあるため、複数の圧縮機３を使用する必要がある。一方で、複数の圧縮機３を駆動させるために、各圧縮機３に駆動機２や増速機を設置すると、設置コストが増加してしまう。また、一つの駆動機２に増速機を介して複数の圧縮機３を直列に接続して複数の圧縮機３を高速運転すると、増速機の出力軸である太陽軸５８に大きな負荷がかかってしまう。その結果、太陽軸５８を支持にする軸受や太陽軸５８自体の強度を確保する必要が生じ、設置コストが増加してしまう。これらに対し、本願のように複数の遊星歯車機構５を有する伝達機構４を介して一つの駆動機２の回転を複数の圧縮機３に増速して伝達することで、一つの駆動機２に高速運転する複数の圧縮機３に並列に接続することができる。その結果、増速機である複数の伝達機構４の各太陽軸５８への負荷が抑えられる。また、太陽軸５８への負荷が抑えられることで、強度上、太陽軸５８自体を細くすることができ、より高速回転に適した構造とすることができる。

また、複数の遊星歯車５３は、副軸５１に固定された内歯車５６と噛み合っている。これにより、副軸５１の回転を簡易な構成で遊星歯車５３に伝達することができる。

＜第二実施形態＞
次に、本開示に係る圧縮機システムの第二実施形態について説明する。なお、以下に説明する第二実施形態においては、上記第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。

（遊星歯車機構の構成）
図４及び図５に示すように、第二実施形態の圧縮機システム１０では、歯車機構の構造が第一実施形態と異なっている。第二実施形態の歯車機構５０は、内歯車５６を有していない。歯車機構５０は、第二歯車７２と、第二副歯車８２とを有している。

第二歯車７２は、遊星歯車５３を第一歯車７１と称した場合に、第一歯車７１とは異なる歯車である。第二歯車７２は、第一歯車７１に対して、離れた位置で第一歯車軸５４に固定されている。第二歯車７２は、第一歯車７１に対して駆動機２に近い位置に配置されている。第二歯車７２は、第二中心線Ｏ２を中心とする円板状に形成された外歯車である。第二歯車７２は、第一歯車７１よりも外径が小さい。なお、第二歯車７２は、第一歯車７１よりも外径が小さいことに限定されるものではない。例えば、第二歯車７２は、第一歯車７１よりも外径が大きくてもよく、同じであってもよい。第二歯車７２は、一つの第一歯車７１に対して一つが対応して配置されるように、複数配置されている。複数の第二歯車７２は、第二中心線Ｏ２を中心として自転する。

第二副歯車８２は、副歯車５２を第一副歯車８１と称した場合に、第一副歯車８１とは異なる歯車である。第二副歯車８２は、第一副歯車８１に対して、離れた位置で副軸５１の端部に固定されている。第二副歯車８２は、第一副歯車８１に対して圧縮機３に近い位置に配置されている。第二副歯車８２は、第二歯車７２と噛み合っている。第二副歯車８２は、第一中心線Ｏ１を中心とする円板状に形成された外歯車である。第二副歯車８２は、第一副歯車８１と同じ外径とされている。なお、第二副歯車８２は、第一副歯車８１と同じ外径であることに限定されるものではない。例えば、第二副歯車８２は、第一副歯車８１よりも外径が大きくてもよく、小さくてもよい。第二副歯車８２は、一つの第一副歯車８１に対して一つが対応して配置されている。

（作用効果）
径方向の外側から遊星歯車５３と噛み合う歯車である内歯車５６は、遊星歯車５３を径方向の外側から囲むように配置される。そのため、内歯車５６は、高速で回転した場合のように大きな遠心力の影響を受けると、径方向の外側に広がるような力を受ける。径方向の外側に広がるような力を受けて内歯車５６が変形すると、遊星歯車５３へ回転を安定して伝達しづらくなる。一方で、第二実施形態の圧縮機システム１０では、第一実施形態のように遊星歯車５３と噛み合う内歯車５６が存在していない。具体的には、第二実施形態の歯車機構５０では、副軸５１の回転は、第二副歯車８２を介して第二歯車７２に伝わる。そして、第二歯車７２が回転することで、第一歯車軸５４が回転して第一歯車７１が回転する。

このように第一歯車７１や第二歯車７２に対して、径方向の外側から噛み合う歯車を介在させずに、副軸５１の回転を太陽軸５８まで伝達している。その結果、各歯車が高速で回転しても、その遠心力の影響を受けづらくなる。したがって、歯車機構５０をより高速化に対応させることができる。これにより、複数の圧縮機３を一台の駆動機２でより一層安定して高速運転させることができる。

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

なお、本実施形態では、太陽軸５８を１００００回転以上の周速まで増速させて高速で複数の圧縮機３を運転させているが、高速運転するのであれば、複数の圧縮機３の回転数は異なっていてもよい。つまり、第一圧縮機３１、第二圧縮機３２、及び第三圧縮機は、それぞれ異なる回転数で運転されてもよい。

また、伝達機構４に配置される遊星歯車機構５及び歯車機構５０の数は、本実施形態のように三つであることに限定されるものではない。遊星歯車機構５及び歯車機構５０は、一つの伝達機構４において二つ以上配置されていればよい。さらに、複数の遊星歯車機構５及び歯車機構５０は、同じ構成であることに限定されるものではない。例えば、複数の歯車機構は、それぞれ異なるギア比で構成されていてもよい。また、複数の歯車機構は、一部が第一実施形態のように内歯車５６を有し、一部が第二実施形態のように第一歯車７１や第二歯車７２を有していてもよい。

＜付記＞
実施形態に記載の圧縮機システム１は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る圧縮機システム１は、軸線Ｏを中心に回転する駆動軸２１を有して回転駆動される駆動部と、ガスを圧縮する複数の圧縮機３と、前記駆動軸２１の回転を増速させて複数の前記圧縮機３に伝達する伝達機構４と、を備え、前記伝達機構４は、前記駆動軸２１とともに回転する主軸４１と、前記主軸４１に固定された主歯車４２と、前記主軸４１を囲むように配置されて、前記主軸４１の回転を対応する一つの前記圧縮機３にそれぞれ伝達する複数の歯車機構を備え、前記歯車機構は、前記主歯車４２に噛み合う副歯車５２と、前記副歯車５２が固定されて前記副歯車５２とともに回転する副軸５１と、前記副軸５１を囲むように周方向に互いには離れて配置されて、前記副軸５１とともに回転する複数の第一歯車と、前記第一歯車に噛み合う出力歯車と、前記出力歯車が固定されて前記圧縮機３に接続された出力軸と、前記副軸５１を回転可能に支持する第一軸受６１と、前記出力軸を回転可能に支持する第二軸受６２と、を有する。

この圧縮機システム１では、駆動機２から圧縮機３に対して回転が伝達される途中で歯車機構が介在されている。つまり、副軸５１は、圧縮機３と直接繋がれているわけではなく、歯車機構を介して圧縮機３と繋がれている。そのため、圧縮機３を高速運転させる場合でも、出力軸を高速で回転させることとなり、副軸５１を高速で回転させる必要が無い。つまり、副軸５１を出力軸に比べて低速で回転させることができる。その結果、副軸５１の軸径を小さくする必要が無くなる。その結果、軸受の種類を問わず、副軸５１を安定して支持できる。したがって、第一軸受６１に対して設計上の自由度を確保したうえで、副軸５１を安定して支持できる。さらに、歯車機構では、複数の第一歯車から中心に配置された出力歯車５７に伝わる荷重は、複数の第一歯車のそれぞれから働く荷重によって互いに相殺されて限りなく小さくなる。その結果、出力歯車が固定された出力軸には第一歯車による荷重がほとんどかからない。これにより、出力軸を高速で回転させても、出力軸から第二軸受６２に作用する面圧を抑えることができる。このように伝達機構４に配置された軸受が作用する面圧が小さくできるため、圧縮機３を高速で回転させて場合であっても、第二軸受６２への影響が小さくなる。そして、このような遊星歯車機構５を複数有することで、軸受への影響を低減させて、複数の圧縮機３を一台の駆動機２で安定して高速運転させることができる。

（２）第２の態様に係る圧縮機システム１は、（１）の圧縮機システム１であって、前記第二軸受６２はティルティングパッド軸受であってもよい。

これにより、面圧が非常に小さくとも軸を支持可能なティルティングパッド軸受で出力軸が支持される。その結果、複数の第一歯車によって出力軸から第二軸受６２に作用する面圧を抑えた状態でも、高速で回転することで不安定振動が生じやすい出力軸を、第二軸受６２で安定して支持することができる。

（３）第３の態様に係る圧縮機システム１は、（１）又は（２）の圧縮機システム１であって、前記圧縮機３は、分子量１０以下の前記ガスを圧縮してもよい。

分子量の小さいガスを圧縮する場合には、一つの圧縮機３だけでは足りない場合がある。この場合、複数の圧縮機３を使用する必要があり、設置コストが増加してしまう。これに対し、複数の歯車機構を有する伝達機構４を介して一つの駆動機２の回転を複数の圧縮機３に増速して伝達することで、一つの駆動機２に高速運転する複数の圧縮機３に並列に接続することができる。その結果、並列に配置された増速機である複数の伝達機構４の各出力軸への負荷が抑えられる。また、出力軸への負荷が抑えられることで、出力軸自体を細くすることができ、より高速回転に適した構造とすることができる。

（４）第４の態様に係る圧縮機システム１は、（１）から（３）の何れか一つの圧縮機システム１であって、前記歯車機構は、前記第一歯車として遊星歯車を有する遊星歯車機構であり、前記遊星歯車機構５は、前記副軸５１に固定され、前記出力軸の軸線を中心として環状に形成され、複数の前記遊星歯車５３と噛み合う内歯車５６を有していてもよい。

これにより、副軸５１の回転を簡易な構成で遊星歯車５３に伝達することができる。

（５）第５の態様に係る圧縮機システム１０は、（１）から（４）の何れか一つの圧縮機システム１であって、前記歯車機構５０は、前記第一歯車７１が固定されて前記第一歯車７１自身の中心線を中心として自転可能とされた第一歯車軸５４と、前記第一歯車７１に対して、離れた位置で前記第一歯車軸５４に固定された第二歯車７２と、前記副歯車５２に対して、離れた位置で前記副軸５１に固定されて前記第二歯車７２と噛み合う第二副歯車８２とを有していてもよい。

これにより、第一歯車７１や第二歯車７２に対して、径方向の外側から噛み合う歯車を介在させずに、副軸５１の回転を出力軸に伝達できる。その結果、各歯車が高速で回転しても、その遠心力の影響を受けづらくなる。したがって、歯車機構５０をより高速化に対応させることができる。これにより、複数の圧縮機３を一台の駆動機２でより一層安定して高速運転させることができる。

１、１０ 圧縮機システム
Ｏ 軸線
２ 駆動機
２１ 駆動軸
３ 圧縮機
３１ 第一圧縮機
３２ 第二圧縮機
４ 伝達機構
４０ ケーシング
４１ 主軸
４２ 主歯車
４３ 主軸軸受
５ 遊星歯車機構（歯車機構）
５０ 歯車機構
５１ 副軸
５２ 副歯車
Ｏ１ 第一中心線
５３ 遊星歯車（第一歯車）
Ｏ２ 第二中心線
５４ 遊星歯車軸（第一歯車軸）
５５ 歯車支持部
５５Ａ 第一歯車支持部
５５Ｂ 第二歯車支持部
５６ 内歯車
５７ 太陽歯車（出力歯車）
５８ 太陽軸（出力軸）
６１ 第一軸受
６２ 第二軸受
５Ａ 第一遊星歯車機構
５Ｂ 第二遊星歯車機構
５Ｃ 第三遊星歯車機構
７１ 第一歯車
７２ 第二歯車
８１ 第一副歯車
８２ 第二副歯車

Claims (5)

1. 軸線を中心に回転する駆動軸を有して回転駆動される駆動部と、
   ガスを圧縮する複数の圧縮機と、
   前記駆動軸の回転を増速させて複数の前記圧縮機に伝達する伝達機構と、を備え、
   前記伝達機構は、
   前記駆動軸とともに回転する主軸と、
   前記主軸に固定された主歯車と、
   前記主軸を囲むように配置されて、前記主軸の回転を対応する一つの前記圧縮機にそれぞれ伝達する複数の歯車機構を備え、
   前記歯車機構は、
   前記主歯車に噛み合う副歯車と、
   前記副歯車が固定されて前記副歯車とともに回転する副軸と、
   前記副軸を囲むように周方向に互いには離れて配置されて、前記副軸とともに回転する複数の第一歯車と、
   前記第一歯車に噛み合う出力歯車と、
   前記出力歯車が固定されて前記圧縮機に接続された出力軸と、
   前記副軸を回転可能に支持する第一軸受と、
   前記出力軸を回転可能に支持する第二軸受と、を有する圧縮機システム。
2. 前記第二軸受はティルティングパッド軸受である請求項１に記載の圧縮機システム。
3. 前記圧縮機は、分子量１０以下の前記ガスを圧縮する請求項１又は２に記載の圧縮機システム。
4. 前記歯車機構は、前記第一歯車として遊星歯車を有する遊星歯車機構であり、
   前記遊星歯車機構は、前記副軸に固定され、前記出力軸の軸線を中心として環状に形成され、複数の前記遊星歯車と噛み合う内歯車を有する請求項１から３の何れか一項に記載の圧縮機システム。
5. 前記歯車機構は、
   前記第一歯車が固定されて前記第一歯車自身の中心線を中心として自転可能とされた第一歯車軸と、
   前記第一歯車に対して、離れた位置で前記第一歯車軸に固定された第二歯車と、
   前記副歯車に対して、離れた位置で前記副軸に固定されて前記第二歯車と噛み合う第二副歯車とを有する請求項１から４の何れか一項に記載の圧縮機システム。

Images