JP2023123909A - ギアド圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】従動歯車に接続されたインペラのサイズが異なっていても、中間歯車の振動を抑制する。
【解決手段】ギアド圧縮機は、駆動軸線を中心に回転される駆動歯車と、第一中間軸線を中心に回転される第一中間歯車と、第二中間軸線を中心に回転される第二中間歯車と、第一従動軸線を中心に回転される第一従動歯車と、第二従動軸線を中心に回転される第二従動歯車と、前記第一従動歯車に接続される第一インペラ及び第二インペラと、前記第二従動歯車に接続される第三インペラ及び第四インペラと、を備える。軸線方向から見た際に、前記駆動軸線は、前記第一中間軸線、前記第二中間軸線、前記第一従動軸線、及び前記第二従動軸線に対して、鉛直方向の下方に配置される。前記第一インペラは、前記第二インペラ、前記第三インペラ、及び前記第四インペラに比べて外径が大きい。
【選択図】図２

Description

本開示は、ギアド圧縮機に関する。

流体を圧縮して圧縮流体を生成するための装置として遠心圧縮機が知られている。遠心圧縮機の一種として、複数の歯車を介して複数のインペラで段階的に流体を圧縮するギアド圧縮機が知られている。例えば、特許文献１には、駆動源により回転駆動される駆動歯車と、この駆動歯車と噛み合う第一中間歯車及び第二中間歯車と、第一中間歯車と噛み合う第一従動歯車と、第二中間歯車と噛み合う第二従属歯車とを備えたギアド圧縮機が記載されている。特許文献１のギアド圧縮機は、第一従動歯車の第一従動軸に接続された二つの第一段圧縮部と、第二従動歯車の第二従動軸に接続された第二圧縮部及び第三圧縮部とを有している。各圧縮部は、インペラを有している。二つの第一段圧縮部で圧縮された流体は、第二圧縮部、第三圧縮部の順に流通して徐々に昇圧されている。

特許第５８６３３２０号公報

ところで、特許文献１のように、駆動歯車に対して離れた位置で二つの中間歯車がかみ合っていると、二つの中間歯車のうちひとつは、駆動歯車及び従動歯車から鉛直方向の上方に向かう荷重及び水平方向に押し付けられるような荷重をそれぞれ受けることとなる。そして、鉛直方向の上方に向かう荷重によって、中間歯車には浮き上がるような力が働いた状態となる。鉛直方向の上方に働く荷重と中間歯車の自重とが釣り合った場合に、駆動歯車から受ける水平方向に押し付けられるような荷重と従動歯車から受ける水平方向に押し付けられるような荷重とが釣り合ってしまうと、中間歯車は不安定な状態になってしまう。この状態で、中間歯車が高速で回転することで、中間歯車では不安定化振動が生じてしまう可能性がある。特に、中間歯車と噛み合う従動歯車に接続された圧縮部のインペラのサイズが端部ごとに異なる場合、中間歯車の振動は顕著になる。

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、従動歯車に接続されたインペラのサイズが異なっていても、中間歯車の振動を抑制することが可能なギアド圧縮機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、本開示に係るギアド圧縮機は、駆動源の回転によって駆動軸線を中心に回転される駆動歯車と、前記駆動歯車に噛み合い、前記駆動軸線と平行な第一中間軸線を中心に回転される第一中間歯車と、前記第一中間歯車と離れた位置で、前記駆動歯車に噛み合い、前記駆動軸線と平行な第二中間軸線を中心に回転される第二中間歯車と、前記駆動歯車に対して離れた位置で、前記第一中間歯車に噛み合い、前記駆動軸線と平行な第一従動軸線を中心に回転される第一従動歯車と、前記駆動歯車に対して離れた位置で、前記第二中間歯車に噛み合い、前記駆動軸線と平行な第二従動軸線を中心に回転される第二従動歯車と、前記第一従動歯車に接続され、前記第一従動歯車の回転によって外部から供給される作動流体を圧縮する第一インペラ及び第二インペラと、前記第二従動歯車に接続され、前記第二従動歯車の回転によって外部から供給される作動流体を圧縮する第三インペラ及び第四インペラと、を備え、前記駆動軸線の延びる軸線方向から見た際に、前記駆動軸線は、前記第一中間軸線、前記第二中間軸線、前記第一従動軸線、及び前記第二従動軸線に対して、鉛直方向の下方に配置され、前記第一インペラから前記第四インペラまで順に作動流体を圧縮する場合、前記第一インペラは、前記第二インペラ、前記第三インペラ、及び前記第四インペラに比べて外径が大きい。

本開示のギアド圧縮機によれば、従動歯車に接続されたインペラのサイズが異なっていても、回転軸の振動を抑制することができる。

本開示の実施形態に係るギアド圧縮機を示す概略平面図である。 本開示の実施形態に係るギアド圧縮機の軸線方向から見た際の各歯車の位置関係を示す概略図である。 本開示の実施形態に係るギアド圧縮機の軸線方向から見た際の各歯車の位置関係に対して、第一従動歯車及び第二従動歯車の位置をずらした場合を示す概略図である。 鉛直方向の上方に働く荷重と第一中間歯車及び第二中間歯車の自重とが釣り合った場合における、第一中間歯車及び第二中間歯車に対する駆動歯車のオフセット角度と、第一中間歯車及び第二中間歯車と駆動歯車との間で生じる水平方向力との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本開示によるギアド圧縮機１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。

（ギアド圧縮機の構成）
図１及び図２に示すように、ギアド圧縮機１は、複数のインペラ４０を駆動する多軸多段の構成となっている。ギアド圧縮機１は、駆動源２と、圧縮部駆動機構３と、複数の圧縮部４と、を有している。

（駆動源）
駆動源２は、ギアド圧縮機１を駆動するための動力を発生させる。駆動源２としては、例えば蒸気タービンを用いることができる。駆動源２の出力軸２１は、後述する駆動歯車３１の駆動軸線Ｏ１と同軸上に配置されている。したがって、駆動源２の出力軸２１は、駆動軸線Ｏ１を中心に回転可能とされている。

（圧縮部駆動機構）
圧縮部駆動機構３は、駆動源２で発生する動力（トルク）が伝達されることにより、外部から供給される作動流体を圧縮する装置である圧縮部４のインペラ４０を回転させる。本実施形態の圧縮部駆動機構３は、ギアケース３０と、駆動歯車３１と、第一中間歯車３２と、第二中間歯車３３と、第一従動歯車３４と、第二中従動歯車と、複数のラジアル軸受５１と、複数のスラスト軸受５２とを有している。ギアケース３０は、内部に複数の歯車を収容するためのケーシングである。本実施形態のギアケース３０は、駆動歯車３１と、第一中間歯車３２と、第二中間歯車３３と、第一従動歯車３４と、第二中従動歯車と、を内部の空間に収容している。

駆動歯車３１は、ギアケース３０に収容されている。駆動歯車３１は、駆動源２である蒸気タービンの回転によって回転される。駆動歯車３１は、駆動支軸３１１と、駆動歯車本体３１２と、を有している。駆動支軸３１１は、水平方向Ｄｈに延びる駆動軸線Ｏ１を中心に延びる円柱形状に形成されている。

本実施形態における軸線方向Ｄａにおける駆動支軸３１１の片側の端部は、カップリング（不図示）を介して駆動源２の出力軸２１に一体に接続されている。したがって、駆動支軸３１１は、駆動源２の回転によって駆動軸線Ｏ１を中心に回転される。

本実施形態では、駆動軸線Ｏ１が延びる方向を単に「軸線方向Ｄａ」と称する。また、軸線方向Ｄａの両側のうち、一方側Ｄａ１（第一側）を単に「一方側Ｄａ１」と称し、その反対の他方側Ｄａ２（第二側）を単に「他方側Ｄａ２」と称する。本実施形態の軸線方向Ｄａの一方側Ｄａ１は、駆動支軸３１１に対して駆動源２が配置されていない側である。つまり、本実施形態の軸線方向Ｄａの他方側Ｄａ２は、駆動支軸３１１に対して駆動源２が配置されている側である。

駆動支軸３１１は、駆動歯車本体３１２から軸線方向Ｄａの両側に突出するように配置されている。軸線方向Ｄａの他方側Ｄａ２の駆動支軸３１１の端部は、ギアケ一スの外部に突出している。駆動支軸３１１は、駆動歯車本体３１２に対して軸線方向Ｄａの一方側Ｄａ１及び他方側Ｄａ２に離れた位置で、一対のラジアル軸受５１によって、ギアケ一スに対して回転可能に支持されている。

駆動歯車本体３１２は、駆動支軸３１１に外周に固定されている。駆動歯車本体３１２は、例えば、駆動支軸３１１を中心に広がるはすば歯車である。駆動歯車本体３１２は、駆動軸線Ｏ１に対して垂直な鉛直方向Ｄｖ及び水平方向Ｄｈに突出するように広がっている。

第一中間歯車３２は、ギアケース３０に収容されている。第一中間歯車３２は、駆動歯車３１の回転に伴って回転する。第一中間歯車３２は、第一中間支軸３２１と、第一中間歯車本体３２２と、を有している。

第一中間支軸３２１は、駆動軸線Ｏ１に対して平行な第一中間軸線Ｏ２を中心に延びる円柱形状に形成されている。第一中間支軸３２１は、駆動歯車３１の回転によって第一中間軸線Ｏ２を中心に回転される。第一中間支軸３２１は、第一中間歯車本体３２２から軸線方向Ｄａの両側に突出するように配置されている。第一中間支軸３２１の両端は、第一中間歯車本体３２２に対して軸線方向Ｄａの一方側Ｄａ１及び他方側Ｄａ２に離れた位置で、一対のラジアル軸受５１によって、ギアケ一スに対して回転可能に支持されている。

第一中間歯車本体３２２は、駆動歯車本体３１２に噛み合っている。第一中間歯車本体３２２は、第一中間支軸３２１に外周に固定されている。第一中間歯車本体３２２は、例えば、第一中間支軸３２１を中心に広がるはすば歯車である。第一中間歯車本体３２２は、第一中間軸線Ｏ２に対して垂直な鉛直方向Ｄｖ及び水平方向Ｄｈに突出するように広がっている。

第二中間歯車３３は、ギアケース３０に収容されている。第二中間歯車３３は、駆動歯車３１の回転に伴って回転する。第二中間歯車３３は、第一中間歯車３２と離れた位置に配置されている。第二中間歯車３３は、第二中間支軸３３１と、第二中間歯車本体３３２と、を有している。

第二中間支軸３３１は、駆動軸線Ｏ１及び第一中間軸線Ｏ２に対して平行な第二中間軸線Ｏ３を中心に延びる円柱形状に形成されている。第二中間支軸３３１は、駆動歯車３１の回転によって第二中間軸線Ｏ３を中心に回転される。第二中間支軸３３１は、第二中間歯車本体３３２から軸線方向Ｄａの両側に突出するように配置されている。第二中間支軸３３１の両端は、第二中間歯車本体３３２に対して軸線方向Ｄａの一方側Ｄａ１及び他方側Ｄａ２に離れた位置で、一対のラジアル軸受５１によって、ギアケ一スに対して回転可能に支持されている。

第二中間歯車本体３３２は、駆動歯車本体３１２に噛み合っている。第二中間歯車本体３３２は、第一中間歯車本体３２２とは噛み合っていない。第二中間歯車本体３３２は、第二中間支軸３３１に外周に固定されている。第二中間歯車本体３３２は、例えば、第二中間支軸３３１を中心に広がるはすば歯車である。第二中間歯車本体３３２は、第二中間軸線Ｏ３に対して垂直な鉛直方向Ｄｖ及び水平方向Ｄｈに突出するように広がっている。

第一従動歯車３４は、ギアケース３０に収容されている。第一従動歯車３４は、第一中間歯車３２の回転に伴って回転する。第一従動歯車３４は、駆動歯車３１及び第二中間歯車３３と離れた位置に配置されている。第一従動歯車３４は、第一従動支軸３４１と、第一従動歯車本体３４２と、を有している。第一従動支軸３４１は、駆動軸線Ｏ１に対して平行な第一従動軸線Ｏ４を中心に延びる円柱形状に形成されている。第一従動支軸３４１は、第一中間歯車３２の回転によって第一従動軸線Ｏ４を中心に回転される。第一従動支軸３４１は、第一従動歯車本体３４２から軸線方向Ｄａの両側に突出するように配置されている。第一従動支軸３４１の両端は、ギアケ一スの外部に突出した位置に配置されている。第一従動支軸３４１は、第一従動歯車本体３４２に対して軸線方向Ｄａの一方側Ｄａ１及び他方側Ｄａ２に離れた位置で、一対のラジアル軸受５１によって、ギアケ一スに対して回転可能に支持されている。さらに、第一従動支軸３４１は、軸線方向Ｄａにおける一対のラジアル軸受５１に内側で、スラスト軸受５２によって支持されている。スラスト軸受５２は、例えば、第一従動支軸３４１の外周面から円盤状に広がるスラストカラー（図示省略）を有している。スラスト軸受５２は、第一従動支軸３４１の軸線方向Ｄａへ移動を規制している。

第一従動歯車本体３４２は、第一中間歯車本体３２２に噛み合っている。第一従動歯車本体３４２は、駆動歯車本体３１２や第二中間歯車本体３３２とは噛み合っていない。第一従動歯車本体３４２は、第一従動支軸３４１に外周に固定されている。第一従動歯車本体３４２は、例えば、第一従動支軸３４１を中心に広がるはすば歯車である。第一従動歯車本体３４２は、第一従動軸線Ｏ４に対して垂直な鉛直方向Ｄｖ及び水平方向Ｄｈに突出するように広がっている。

第二従動歯車３５は、ギアケース３０に収容されている。第二従動歯車３５は、第二中間歯車３３の回転に伴って回転する。第二従動歯車３５は、駆動歯車３１及び第一中間歯車３２と離れた位置に配置されている。第二従動歯車３５は、第二従動支軸３５１と、第二従動歯車本体３５２と、を有している。

第二従動支軸３５１は、駆動軸線Ｏ１に対して平行な第二従動軸線Ｏ５を中心に延びる円柱形状に形成されている。第二従動支軸３５１は、第二中間歯車３３の回転によって第二従動軸線Ｏ５を中心に回転される。第二従動支軸３５１は、第二従動歯車本体３５２から軸線方向Ｄａの両側に突出するように配置されている。第二従動支軸３５１の両端は、ギアケ一スの外部に突出した位置に配置されている。第二従動支軸３５１は、第二従動歯車本体３５２に対して軸線方向Ｄａの一方側Ｄａ１及び他方側Ｄａ２に離れた位置で、一対のラジアル軸受５１によって、ギアケ一スに対して回転可能に支持されている。さらに、第二従動支軸３５１は、軸線方向Ｄａにおける一対のラジアル軸受５１に内側で、スラスト軸受５２によって支持されている。スラスト軸受５２は、第二従動支軸３５１の軸線方向Ｄａへ移動を規制している。

第二従動歯車本体３５２は、第二中間歯車本体３３２に噛み合っている。第二従動歯車本体３５２は、駆動歯車本体３１２や第一中間歯車本体３２２とは噛み合っていない。第二従動歯車本体３５２は、第二従動支軸３５１に外周に固定されている。第二従動歯車本体３５２は、例えば、第二従動支軸３５１を中心に広がるはすば歯車である。第二従動歯車本体３５２は、第二従動軸線Ｏ５に対して垂直な鉛直方向Ｄｖ及び水平方向Ｄｈに突出するように広がっている。

また、図２に示すように、本実施形態における駆動歯車本体３１２の外径は、第一中間歯車本体３２２及び第二中間歯車本体３３２の外径よりも小さく形成されている。したがって、駆動歯車本体３１２の歯数は、第一中間歯車本体３２２の歯数よりも少ない。なお、本実施形態における歯車の「外径」には、例えば、各歯車における中心軸線からの距離（寸法）として測ることができる歯底円直径、歯先円直径、又はピッチ円直径等が採用される。駆動歯車本体３１２の外径は、第一従動歯車本体３４２及び第二従動歯車本体３５２の外径よりも大きく形成されている。したがって、駆動歯車本体３１２の歯数は、第一従動歯車本体３４２の歯数よりも多い。第一中間歯車本体３２２の外径は、第一従動歯車本体３４２の外径よりも大きく形成されている。したがって、第一中間歯車本体３２２の歯数は、第一従動歯車本体３４２の歯数よりも多い。第一中間歯車本体３２２の外径は、第二中間歯車本体３３２の外径と同一とされている。したがって、第一中間歯車本体３２２の歯数は、第二中間歯車本体３３２の歯数と同一である。

また、軸線方向Ｄａから見た際に、第一中間軸線Ｏ２、第二中間軸線Ｏ３、第一従動軸線Ｏ４、及び第二従動軸線Ｏ５は、鉛直方向Ｄｖの位置が同じ位置となるように配置されている。つまり、軸線方向Ｄａから見た際に、第一中間軸線Ｏ２及び第二中間軸線Ｏ３を結ぶ仮想水平線ＶＨ上に第一従動軸線Ｏ４及び第二従動軸線Ｏ５が配置されている。仮想水平線ＶＨは、鉛直方向Ｄｖに対して直交して水平方向Ｄｈに延びる仮想直線である。さらに、軸線方向Ｄａから見た際に、第一中間支軸３２１、第二中間支軸３３１、第一従動支軸３４１、及び第二中間支軸３３１は、鉛直方向Ｄｖの位置が重なるように平行に並んで配置されている。

なお、本実施形態では、軸線方向Ｄａから見た際に、第一中間軸線Ｏ２及び第二中間軸線Ｏ３と、第一従動軸線Ｏ４及び第二従動軸線Ｏ５とが、鉛直方向Ｄｖにおいて同じ位置に配置されているがこのような配置に限定されるものではない。つまり、軸線方向Ｄａから見た際に、第一中間軸線Ｏ２及び第二中間軸線Ｏ３に対して、第一従動軸線Ｏ４及び第二従動軸線Ｏ５が、鉛直方向Ｄｖにずれて配置されていてもよい。

また、軸線方向Ｄａから見た際に、駆動軸線Ｏ１は、第一中間軸線Ｏ２、第二中間軸線Ｏ３、第一従動軸線Ｏ４、及び第二従動軸線Ｏ５に対して、鉛直方向Ｄｖの下方に配置されている。具体的には、軸線方向Ｄａから見た際に、駆動支軸３１１は、第一中間支軸３２１、第二中間支軸３３１、第一従動支軸３４１、及び第二従動支軸３５１と鉛直方向Ｄｖの位置が重ならないように、下方に配置されている。軸線方向Ｄａから見た際に、駆動支軸３１１は、仮想水平線ＶＨと重ならないように、鉛直方向Ｄｖの下方に配置されている。軸線方向Ｄａから見た際に、駆動支軸３１１と第一中間支軸３２１との距離は、駆動支軸３１１と第二中間支軸３３１との距離と同じとされている。ここで、駆動軸線Ｏ１及び第一中間軸線Ｏ２を結ぶ仮想線を第一仮想傾斜線ＶＣ１と称する。仮想水平線ＶＨに対して第一仮想傾斜線ＶＣ１がなすオフセット角度は、１５°以上、３５°以下であることが好ましい。また、仮想水平線ＶＨに対して第一仮想傾斜線ＶＣ１がなすオフセット角度は、２０°以上、３０°以下であることがより好ましい。同様に、駆動軸線Ｏ１及び第二中間軸線Ｏ３を結ぶ仮想線を第二仮想傾斜線ＶＣ２と称する。仮想水平線ＶＨに対して第二仮想傾斜線ＶＣ２がなすオフセット角度は、１５°以上、３５°以下であることが好ましい。また、仮想水平線ＶＨに対して第一仮想傾斜線ＶＣ１がなすオフセット角度は、２０°以上、３０°以下であることがより好ましい。

（圧縮部）
図１に示すように、圧縮部４は、第一従動歯車３４及び第二従動歯車３５の何れかによって回転されることで、作動流体を圧縮する。圧縮部４は、回転することで外部から供給される作動流体を圧縮するインペラ４０を有している。圧縮部４は、複数配置されている。本実施形態において、ギアド圧縮機１は、複数の圧縮部４として、第一段圧縮部４１と、第二段圧縮部４２と、第三段圧縮部４３と、第四段圧縮部４４との四つの圧縮部４を備えている。なお、ギアド圧縮機１における圧縮部４の数は、四つに限られるものではなく、四つ以上であってもよく、四つ以下であってもよい。

第一段圧縮部４１は、第一従動支軸３４１に接続されている。第一段圧縮部４１は、第一インペラ４１０と、スクロールケーシング（図示せず）と、を有している。スクロールケーシングは、第一インペラ４１０を覆い、ガス導入部とガス排出口を有している。第一インペラ４１０は、軸線方向Ｄａの一方側Ｄａ１の第一従動支軸３４１の端部に固定されている。第一インペラ４１０は、第一従動歯車３４の回転によって外部から供給される作動流体を圧縮する。第一インペラ４１０は、第一インペラ４１０から後述する第四インペラ４４０まで順に作動流体を圧縮する場合、複数のインペラ４０の中で最も大きく形成されている。

第二段圧縮部４２は、第一段圧縮部４１で圧縮された作動流体を圧縮する。第二段圧縮部４２部は、第一従動支軸３４１に接続されている。第二段圧縮部４２は、第二インペラ４２０と、スクロールケーシング（図示せず）と、を有している。スクロールケーシングは、第二インペラ４２０を覆い、ガス導入部とガス排出口を有している。第二インペラ４２０は、軸線方向Ｄａの他方側Ｄａ２の第一従動支軸３４１の端部に固定されている。第二インペラ４２０は、第一従動歯車３４の回転によって外部から供給される作動流体を圧縮する。第二インペラ４２０は、複数のインペラ４０の中で二番目に大きく形成されている。

第三段圧縮部４３は、第二段圧縮部４２で圧縮された作動流体を圧縮する。第三段圧縮部４３は、第二従動支軸３５１に接続されている。第三段圧縮部４３は、第三インペラ４３０と、スクロールケーシング（図示せず）と、を有している。スクロールケーシングは、第三インペラ４３０を覆い、ガス導入部とガス排出口を有している。第三インペラ４３０は、軸線方向Ｄａの一方側Ｄａ１の第二従動支軸３５１の端部に固定されている。第三インペラ４３０は、第二従動歯車３５の回転によって外部から供給される作動流体を圧縮する。第三インペラ４３０は、複数のインペラ４０の中で三番目に大きく形成されている。

第四段圧縮部４４は、第三段圧縮部４３で圧縮された作動流体を圧縮する。第四段圧縮部４４は、第二従動支軸３５１に接続されている。第四段圧縮部４４は、第四インペラ４４０と、スクロールケーシング（図示せず）と、を有している。スクロールケーシングは、第四インペラ４４０を覆い、ガス導入部とガス排出口を有している。第四インペラ４４０は、軸線方向Ｄａの他方側Ｄａ２の第二従動支軸３５１の端部に固定されている。第四インペラ４４０は、第二従動歯車３５の回転によって外部から供給される作動流体を圧縮する。第四インペラ４４０は、複数のインペラ４０の中で最も小さく形成されている。

第一インペラ４１０、第二インペラ４２０、第三インペラ４３０、及び第四インペラ４４０は、何れも、ガス導入部よりスクロールケーシング内に吸入された作動流体を、その内部に形成された流路を介してインペラ４０の径方向の外側に送り出しつつ圧縮する。第一段圧縮部４１、第二段圧縮部４２、第三段圧縮部４３、及び第四段圧縮部４４は、配管（図示無し）を介して接続されている。これにより、ギアド圧縮機１では、第一段圧縮部４１、第二段圧縮部４２、第三段圧縮部４３、及び第四段圧縮部４４の順に作動流体が流通することで、作動流体が段階的に圧縮される。なお、第一段圧縮部４１、第二段圧縮部４２、第三段圧縮部４３、及び第四段圧縮部４４を接続する配管の途中には、熱交換器（不図示）が配置されていてもよい。

（作用効果）
上記構成のギアド圧縮機１では、図３に示すように、第一中間歯車３２は、軸線方向Ｄａから見た際に、駆動歯車３１と第一従動歯車３４とに挟まれた状態となる。その結果、第一中間歯車３２は、駆動歯車３１及び第一従動歯車３４から鉛直方向Ｄｖの上方に向かう荷重及び水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重（水平方向Ｄｈ力）を受けることとなる。鉛直方向Ｄｖの上方に向かう荷重によって、第一中間歯車３２には浮き上がるような力が働いた状態となる。鉛直方向Ｄｖの上方に働く荷重と、第一中間歯車３２の自重とが釣り合った場合に、駆動歯車３１から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重と第一従動歯車３４から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重とが釣り合ってしまうと、第一中間支軸３２１は不安定な状態になってしまう。

ここで、鉛直方向Ｄｖの上方に向かう荷重及び水平方向Ｄｈに押し付けられるようなし荷重とは、隣接する歯車に動かされる際の接線力及び隣接する歯車を動かす際に生じる反力によって生じる荷重である。

これに対し、発明者らは、鉛直方向Ｄｖの上方に働く荷重と、第一中間歯車３２の自重とが釣り合った場合に、駆動歯車３１から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重と第一従動歯車３４から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重とが釣り合った場合に、ラジアル軸受５１に対する第一中間歯車３２の鉛直方向Ｄｖ及び水平方向Ｄｈの偏心率が０に近づいていることを発見した。第一中間歯車３２の鉛直方向Ｄｖ及び水平方向Ｄｈの偏心率が０に近づくほど、第一中間支軸３２１を支持するラジアル軸受５１と、第一中間支軸３２１との隙間が全周にわたって均一になってしまう。この状態で、第一中間支軸３２１に働く鉛直方向Ｄｖ及び水平方向Ｄｈの荷重が釣り合って、第一中間支軸３２１に働く荷重が小さくなると、第一中間支軸３２１はラジアル軸受５１に不安定な状態で支持されることになる。この状態で第一中間支軸３２１が高速で回転することで、第一中間歯車３２では不安定振動が生じてしまうためである。

また、図１に示すように、第一インペラ４１０は、複数のインペラ４０の中で最も大きく形成されている。つまり、第一従動支軸３４１には、一方の端部に第一インペラ４１０が接続され、他方の端部に第一インペラ４１０よりも小さな第二インペラ４２０が接続された状態となる。したがって、第一従動支軸３４１では、両端で支持しているインペラ４０の重量が異なることとなる。その結果、第一従動支軸３４１は振動が安定しない状態となりやすく、第一中間支軸３２１を不安定化させる可能性がある。

しかしながら、図３に示すように、本実施形態の上記構成のギアド圧縮機１では、第一中間軸線Ｏ２及び第一従動軸線Ｏ４に対して駆動軸線Ｏ１が鉛直方向Ｄｖの下方に配置されるように駆動歯車３１が配置されている。そのため、第一中間歯車３２に対して鉛直方向Ｄｖの上方に働く荷重と第一中間歯車３２の自重とが釣り合った場合であっても、駆動歯車３１から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重と第一従動歯車３４から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重とが釣り合わない状態とすることができる。その結果、第一中間支軸３２１がラジアル軸受５１に対して水平方向Ｄｈにわずかに偏心した状態を維持することができる。これより、第一中間支軸３２１をラジアル軸受５１に対して安定した状態で支持し続けることができる。さらに、第一従動歯車３４や第二従動歯車３５に接続されたインペラ４０のサイズが異なっていても、第一中間歯車３２での不安定振動を抑制できる。

また、軸線方向Ｄａから見た際に、第一中間軸線Ｏ２、第二中間軸線Ｏ３、第一従動軸線Ｏ４、及び第二従動軸線Ｏ５の鉛直方向Ｄｖの位置が同じとされている。そのため、第一中間歯車３２及び第二中間歯車３３と第一従動歯車３４及び第二従動歯車３５との位置関係を同じにすることができる。そのため、第一中間歯車３２に働く鉛直方向Ｄｖの荷重が釣り合った際の第一中間歯車３２への伝達トルクを小さくすることができる。伝達トルクが小さくなることで、ギアド圧縮機１が起動されて第一中間歯車３２が回転し始めてから早いタイミングで、第一中間歯車３２に働く鉛直方向Ｄｖの荷重が釣り合わせた状態を通過させることができる。したがって、ギアド圧縮機１が定格で運転しているタイミングでは、第一中間歯車３２に働く鉛直方向Ｄｖの荷重が釣り合わった状態ではなくなり、第一中間歯車３２での不安定振動を効果的に抑制できる。

また、仮に、軸線方向Ｄａから見た際に、第一中間軸線Ｏ２及び第二中間軸線Ｏ３に対して、第一従動軸線Ｏ４及び第二従動軸線Ｏ５が鉛直方向Ｄｖの上方に配置されていると、第一中間歯車３２に働く鉛直方向Ｄｖの荷重が釣り合った際の第一中間歯車３２への伝達トルクが大きくなってしまう。そのため、ギアド圧縮機１が定格で運転しているタイミングに近い状態で、第一中間歯車３２に働く鉛直方向Ｄｖの荷重が釣り合わった状態となってしまう可能性が高くなる。その結果、第一中間歯車３２での不安定振動を効果的に抑制できない可能性がある。

さらに、仮に、軸線方向Ｄａから見た際に、第一中間軸線Ｏ２及び第二中間軸線Ｏ３に対して、第一従動軸線Ｏ４及び第二従動軸線Ｏ５が鉛直方向Ｄｖの下方に配置されていると、第一従動軸線Ｏ４及び第二従動軸線Ｏ５が駆動軸線Ｏ１に近づくこととなる。そのため、第一中間歯車３２及び第二中間歯車３３に働く鉛直方向Ｄｖの荷重が釣り合った際の第一中間歯車３２及び第二中間歯車３３が第一従動歯車３４から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重が小さくなってしまう。これにより、駆動支軸３１１のラジアル軸受５１に対する水平方向Ｄｈへの偏心量が小さくなってしまう可能性がある。その結果、第一中間歯車３２での不安定振動を効果的に抑制できない可能性がある。

したがって、軸線方向Ｄａから見た際に、第一中間軸線Ｏ２、第二中間軸線Ｏ３、第一従動軸線Ｏ４、及び第二従動軸線Ｏ５の鉛直方向Ｄｖの位置が同じとされている状態が、第一中間歯車３２での不安定振動を最も効果的に抑制できる。

また、各軸線の鉛直方向Ｄｖの位置は、駆動軸線Ｏ１の位置と、第一中間軸線Ｏ２の位置との二つだけとなる。その結果、各歯車を覆うギアケース３０の構造を単純化することができる。

さらに、図４に示すように、オフセット角度が小さくなると、第一中間歯車３２に働く鉛直方向Ｄｖの荷重が釣り合った際の第一中間歯車３２が駆動歯車３１から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重が小さくなってしまう。これにより、駆動支軸３１１のラジアル軸受５１に対する水平方向Ｄｈへの偏心量が小さくなってしまう可能性がある。その結果、第一中間歯車３２での不安定振動を効果的に抑制できない可能性がある。

また、オフセット角度が大きくなると、第一中間歯車３２に働く鉛直方向Ｄｖの荷重が釣り合った際の第一中間歯車３２が駆動歯車３１から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重は大きくできる。しかしながら、第一中間歯車３２及び第二中間歯車３３に対する駆動支軸３１１の水平方向Ｄｈでの位置が近くなってしまう。その結果、第一従動支軸３４１及び第二従動支軸３５１の水平方向Ｄｈでの位置も近くなってしまう。これにより、第一従動支軸３４１及び第二従動支軸３５１に配置可能なインペラ４０のサイズに制限が生じてしまう。また、大きなインペラ４０を配置しようとすると、第一中間歯車３２及び第二中間歯車３３を大きくしなければならなくなってしまう。その結果、機械重量及び慣性モーメントが増加してしまい、圧縮部駆動機構３の最適化を図ることができなくなってしまう。

これに対し、オフセット角度が、１５°以上、３５°以下とされていることで、第一中間歯車３２及び第二中間歯車３３が駆動歯車３１から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重を確保しつつ、第一中間歯車３２及び第二中間歯車３３に対する駆動支軸３１１の水平方向Ｄｈでの位置も十分離すことができる。これにより、配置可能なインペラ４０のサイズに制限を受けることなく、第一中間歯車３２での不安定振動を効果的に抑制できる。

さらに、オフセット角度が、２０°以上、３０°以下とされていることで、配置可能なインペラ４０のサイズに制限を受けることなく、第一中間歯車３２での不安定振動をより効果的に抑制できる。

また、図３に示すように、第一中間歯車３２及び第二中間歯車３３に対して、駆動歯車３１の外径は小さくされている。さらに、駆動歯車３１に対して、第一従動歯車３４及び第二従動歯車３５の外径が小さくされている。これにより、第一中間歯車３２及び第二中間歯車３３に対して、駆動歯車３１から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重を、第一従動歯車３４及び第二従動歯車３５から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重よりも大きくできる。その結果、駆動歯車３１から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重と第一従動歯車３４及び第二従動歯車３５から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重とを確実にずらすことができる。これにより、駆動支軸３１１がラジアル軸受５１に対して水平方向Ｄｈにわずかに偏心した状態を確実に維持することができる。したがって、第一中間歯車３２での不安定振動を確実に抑制できる。

（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、各歯車の外径は、実施形態の形状に限定されるものではない。例えば、第一中間歯車本体３２２の外径は、第二中間歯車本体３３２の外径と同一であることに限定されるものではない。第一中間歯車本体３２２の外径は、第二中間歯車本体３３２の外径に対して大きくても小さくでもよい。また、第一従動歯車本体３４２の外径は、第二従動歯車本体３５２の外径と同一であることに限定されるものではない、したがって、第一従動歯車本体３４２の外径は、第二従動歯車本体３５２の外径に対して大きくても小さくてもよい。

また、第二インペラ４２０、第三インペラ４３０、及び第四インペラ４４０の外径は、第一インペラ４１０の外径よりも小さければ、各インペラ４０の大きさの関係は実施形態の形状に限定されるものではない。第二インペラ４２０、第三インペラ４３０、及び第四インペラ４４０の外径は同じであってもよく、第二インペラ４２０、第三インペラ４３０、及び第四インペラ４４０の一部のみが同じ外径であってもよい。

＜付記＞
実施形態に記載のギアド圧縮機１は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係るギアド圧縮機１は、駆動源２の回転によって駆動軸線Ｏ１を中心に回転される駆動歯車３１と、前記駆動歯車３１に噛み合い、前記駆動軸線Ｏ１と平行な第一中間軸線Ｏ２を中心に回転される第一中間歯車３２と、前記第一中間歯車３２と離れた位置で、前記駆動歯車３１に噛み合い、前記駆動軸線Ｏ１と平行な第二中間軸線Ｏ３を中心に回転される第二中間歯車３３と、前記駆動歯車３１に対して離れた位置で、前記第一中間歯車３２に噛み合い、前記駆動軸線Ｏ１と平行な第一従動軸線Ｏ４を中心に回転される第一従動歯車３４と、前記駆動歯車３１に対して離れた位置で、前記第二中間歯車３３に噛み合い、前記駆動軸線Ｏ１と平行な第二従動軸線Ｏ５を中心に回転される第二従動歯車３５と、前記第一従動歯車３４に接続され、前記第一従動歯車３４の回転によって外部から供給される作動流体を圧縮する第一インペラ４１０及び第二インペラ４２０と、前記第二従動歯車３５に接続され、前記第二従動歯車３５の回転によって外部から供給される作動流体を圧縮する第三インペラ４３０及び第四インペラ４４０と、を備え、前記駆動軸線Ｏ１の延びる軸線方向Ｄａから見た際に、前記駆動軸線Ｏ１は、前記第一中間軸線Ｏ２、前記第二中間軸線Ｏ３、前記第一従動軸線Ｏ４、及び前記第二従動軸線Ｏ５に対して、鉛直方向Ｄｖの下方に配置され、前記第一インペラ４１０から前記第四インペラ４４０まで順に作動流体を圧縮する場合、前記第一インペラ４１０は、前記第二インペラ４２０、前記第三インペラ４３０、及び前記第四インペラ４４０に比べて外径が大きい。

これにより、第一中間軸線Ｏ２及び第一従動軸線Ｏ４に対して駆動軸線Ｏ１が鉛直方向Ｄｖの下方に配置されるように駆動歯車３１が配置されている。そのため、第一中間歯車３２に対して鉛直方向Ｄｖの上方に働く荷重と第一中間歯車３２の自重とが釣り合った場合であっても、駆動歯車３１から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重と第一従動歯車３４から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重とが釣り合わない状態とすることができる。その結果、第一中間支軸３２１がラジアル軸受５１に対して水平方向Ｄｈにわずかに偏心した状態を維持することができる。これより、第一中間支軸３２１をラジアル軸受５１で安定した状態で支持し続けることができる。さらに、第一従動歯車３４や第二従動歯車３５に接続されたインペラ４０のサイズが異なっていても、第一中間歯車３２での不安定振動を抑制できる。

（２）第２の態様に係るギアド圧縮機１は、（１）のギアド圧縮機１であって、前記軸線方向Ｄａから見た際に、前記第一中間軸線Ｏ２、前記第二中間軸線Ｏ３、前記第一従動軸線Ｏ４、及び前記第二従動軸線Ｏ５の前記鉛直方向Ｄｖの位置が同じである。

これにより、第一中間歯車３２及び第二中間歯車３３と第一従動歯車３４及び第二従動歯車３５との位置関係を同じにすることができる。そのため、第一中間歯車３２に働く鉛直方向Ｄｖの荷重が釣り合った際の第一中間歯車３２への伝達トルクを小さくすることができる。伝達トルクが小さくなることで、ギアド圧縮機１が起動されて第一中間歯車３２が回転し始めてから早いタイミングで、第一中間歯車３２に働く鉛直方向Ｄｖの荷重が釣り合わせた状態を通過させることができる。したがって、ギアド圧縮機１が定格で運転しているタイミングでは、第一中間歯車３２に働く鉛直方向Ｄｖの荷重が釣り合わった状態ではなくなり、第一中間歯車３２での不安定振動を効果的に抑制できる。

（３）第３の態様に係るギアド圧縮機１は、（１）又は（２）のギアド圧縮機１であって、前記軸線方向Ｄａから見た際に、前記第一中間軸線Ｏ２及び前記第二中間軸線Ｏ３を結ぶ仮想水平線ＶＨに対して、前記駆動軸線Ｏ１及び前記第一中間軸線Ｏ２を結ぶ第一仮想傾斜線ＶＣ１がなすオフセット角度は、１５°以上、３５°以下である。

これにより、第一中間歯車３２及び第二中間歯車３３が駆動歯車３１から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重を確保しつつ、第一中間歯車３２及び第二中間歯車３３に対する駆動支軸３１１の水平方向Ｄｈでの位置も十分離すことができる。これにより、配置可能なインペラ４０のサイズに制限を受けることなく、第一中間歯車３２での不安定振動を効果的に抑制できる。

（４）第４の態様に係るギアド圧縮機１は、（１）から（３）の何れか一つのギアド圧縮機１であって、前記第一中間歯車３２及び前記第二中間歯車３３に対して、前記駆動歯車３１の外径は小さく、前記駆動歯車３１に対して、前記第一従動歯車３４及び前記第二従動歯車３５の外径が小さい。

これにより、第一中間歯車３２及び第二中間歯車３３に対して、駆動歯車３１から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重を、第一従動歯車３４及び第二従動歯車３５から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重よりも大きくできる。その結果、駆動歯車３１から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重と第一従動歯車３４及び第二従動歯車３５から受ける水平方向Ｄｈに押し付けられるような荷重とを確実にずらすことができる。これにより、駆動支軸３１１がラジアル軸受５１に対して水平方向Ｄｈにわずかに偏心した状態を確実に維持することができる。したがって、第一中間歯車３２での不安定振動を確実に抑制できる。

１…ギアド圧縮機
２…駆動源
２１…出力軸
３…圧縮部駆動機構
３０…ギアケース
３１…駆動歯車
３１１…駆動支軸
Ｏ１…駆動軸線
３１２…駆動歯車本体
３２…第一中間歯車
３２１…第一中間支軸
Ｏ２…第一中間軸線
３２２…第一中間歯車本体
３３…第二中間歯車
３３１…第二中間支軸
Ｏ３…第二中間軸線
３３２…第二中間歯車本体
３４…第一従動歯車
３４１…第一従動支軸
Ｏ４…第一従動軸線
３４２…第一従動歯車本体
３５…第二従動歯車
３５１…第二従動支軸
Ｏ５…第二従動軸線
３５２…第二従動歯車本体
ＶＨ…仮想水平線
ＶＣ１…第一仮想傾斜線
ＶＣ２…第二仮想傾斜線
５１…ラジアル軸受
５２…スラスト軸受
４…圧縮部
４０…インペラ
４１…第一段圧縮部
４１０…第一インペラ
４２…第二段圧縮部
４２０…第二インペラ
４３…第三段圧縮部
４３０…第三インペラ
４４…第四段圧縮部
４４０…第四インペラ
Ｄａ…軸線方向
Ｄａ１…一方側
Ｄａ２…他方側
Ｄｖ…鉛直方向
Ｄｈ…水平方向

Claims (4)

1. 駆動源の回転によって駆動軸線を中心に回転される駆動歯車と、
   前記駆動歯車に噛み合い、前記駆動軸線と平行な第一中間軸線を中心に回転される第一中間歯車と、
   前記第一中間歯車と離れた位置で、前記駆動歯車に噛み合い、前記駆動軸線と平行な第二中間軸線を中心に回転される第二中間歯車と、
   前記駆動歯車に対して離れた位置で、前記第一中間歯車に噛み合い、前記駆動軸線と平行な第一従動軸線を中心に回転される第一従動歯車と、
   前記駆動歯車に対して離れた位置で、前記第二中間歯車に噛み合い、前記駆動軸線と平行な第二従動軸線を中心に回転される第二従動歯車と、
   前記第一従動歯車に接続され、前記第一従動歯車の回転によって外部から供給される作動流体を圧縮する第一インペラ及び第二インペラと、
   前記第二従動歯車に接続され、前記第二従動歯車の回転によって外部から供給される作動流体を圧縮する第三インペラ及び第四インペラと、を備え、
   前記駆動軸線の延びる軸線方向から見た際に、前記駆動軸線は、前記第一中間軸線、前記第二中間軸線、前記第一従動軸線、及び前記第二従動軸線に対して、鉛直方向の下方に配置され、
   前記第一インペラから前記第四インペラまで順に作動流体を圧縮する場合、前記第一インペラは、前記第二インペラ、前記第三インペラ、及び前記第四インペラに比べて外径が大きいギアド圧縮機。
2. 前記軸線方向から見た際に、前記第一中間軸線、前記第二中間軸線、前記第一従動軸線、及び前記第二従動軸線の前記鉛直方向の位置が同じである請求項１に記載のギアド圧縮機。
3. 前記軸線方向から見た際に、前記第一中間軸線及び前記第二中間軸線を結ぶ仮想水平線に対して、前記駆動軸線及び前記第一中間軸線を結ぶ第一仮想傾斜線がなすオフセット角度は、１５°以上、３５°以下である請求項１又は請求項２に記載のギアド圧縮機。
4. 前記第一中間歯車及び前記第二中間歯車に対して、前記駆動歯車の外径は小さく、
   前記駆動歯車に対して、前記第一従動歯車及び前記第二従動歯車の外径が小さい請求項１から請求項３の何れか一項に記載のギアド圧縮機。

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