JP2835324B2 - 歯車伝動式ターボコンプレッサ - Google Patents
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Description
されている特徴に従って構成された歯車伝動装置を介し
て駆動される多段ターボコンプレッサ、すなわち歯車伝
動式多段ターボコンプレッサに関する。
レッサ(ディゥベル著、機械設計ハンドブック、198
1年発行第14版、920ページと921ページを参照
されたい)は4つのコンプレッサ段を備えており、各コ
ンプレッサ段の羽根車は対をなして2つのピニオン・シ
ャフト上に配設されていて、1段より成る歯車伝動装置
の中心にある駆動歯車を介して駆動されるようになって
いる。
率は流入量と回転数と圧送すべきヘッドに左右される。
高い効率を確保するためには、出口圧力PA最終圧力P
Bとの圧力比、すなわち、PA/PBが60を上回る場
合、7つのコンプレッサ段が必要であり、圧力比が80
より大きい場合、少なくとも8つのコンプレッサ段が必
要である。流量は段から段にかけて大幅に変動する。適
切な運転状態を確保するためには、2つの段それぞれに
応じて回転数を適切に高めることが必要である。適切な
圧縮を実現するために必要な駆動軸の回転数と最後の段
のピニオン・シャフトの回転数は非常に異なっているの
で、通常の歯車伝動装置で1:24より大きい変速比を
実現することはできない。
合、歯車伝動装置を備えたターボコンプレッサはこれま
で5段または6段に設計されている。従来の1段より成
る歯車伝動装置は3本より少ないピニオン・シヤフトを
備えている。ピニオン・シャフトはそれぞれ、該ピニオ
ン・シャフトに直接取り付けられた2つの羽根車を駆動
し、該羽根車は2つのコンプレッサ段を形成している。
6段のコンプレッサであって、1段当たりの平均圧力比
が1:8である場合、34の圧力比PA/PBを得るこ
とができる。各段の負荷を高めて、1段当たりの平均圧
力比を2:0とすれば、64の全圧縮比PA/PBが得
られることになる。このようなコンプレッサはほとんど
が調節を行うことができず、マッハ数が高いために好ま
しいものではない。
を確保しておかなければならない場合、7段または8段
のコンプレッサ段を採用することにより60より高い圧
力比を得ることができる。ターボコンプレッサに使用さ
れる公知の歯車伝動装置で実現可能な最大の変速比が約
1:20であることから、これまで最も高い効率に到達
するには至っていない。このことは、4極モーターを使
用してたこかい性能と駆動力を確保するには最後のピニ
オン・シャフトの最大回転数を毎分30000回に設定
しなければならないことを意味する。このような最大回
転数を考慮するば、最初の段の圧送ヘッドを最後の段の
圧送ヘッドより大幅に高く設定しなければならないか
ら、流量が毎時60000立方メートルより少なくて圧
力比が60より高いターボコンプレッサすべてについ
て、均一で適切な効率を確保することはもはや不可能で
ある。最初の段のマッハ数が高いことは避けることがで
きないので、最初の段の最高エネルギー密度はそこそこ
の効率をもってしか実現することができない。例えば、
流量が毎時55000立方メートルでかつ圧力比PA/
PBが64である7段のターボコンプレッサの場合、7
段目の回転数は毎分35000回であることが必要であ
る。ターボコンプレッサに使用される従来の歯車伝動装
置については、毎分28000回の回転数しか実現する
ことができない。したがって、全効率は納得できるもの
でなくなる。しかも、4番目のピニオン・シャフトに8
つの圧縮段を設けなければならない可能性がある。しか
し、基本的な問題点は、上述の結果に鑑みて回転数を制
限しなければならないことである。
効率と十分な可調節性を有し、高い圧力比で運転される
よう構成された歯車伝動装置を備えたターボコンプレッ
サを提供することである。
め、請求項1の特徴項に記載されているよう構成された
当初に挙げた種類の歯車伝動装置を備えたターボコンプ
レッサが本発明に従って提供されたのである。
に適当な回転数が使用されるとともに、高段のコンプレ
ッサ段に非常に高い回転数を実現することができ、しか
も中心にある駆動歯車の歯数が高い段のコンプレッサ段
に設けられたピニオンの歯数に左右されないよう構成さ
れたターボコンプレッサに使用される歯車伝動装置が、
歯のモジュールが異なったダブル・ギヤとして設計され
ている中間歯車を使用することにより提供されたのであ
る。この場合、歯が受ける力が大きくて低い回転数を実
現するためには、歯の幅を広くし、歯のモジュ−ルを大
きくすることが必要であり、したがって歯が受ける力が
小さくて高い回転数を実現するためには、歯のモジュー
ルが小さい幅の狭い歯車が必要となる。また、モジュー
ルの異なった中間歯車を使用すれば、ターボコンプレッ
サ用の2つの独立した歯車伝動装置をケーシング内で組
み合わせることができるとともに、40より低い変速比
を実現することができる。したがって、高い圧縮比に使
用される歯車伝動装置を備えたターボコンプレッサの場
合でも適切な効率を確保することが可能である。全効率
の改善は5%を上回っている。このことは、エネルギー
・コストを大幅に節約することができることを意味する
ものである。
面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
コンプレッサを駆動するために使用されるものであっ
て、駆動シヤフト1に接続された中心にある駆動歯車2
を備えている。該駆動歯車2は、ピニオン・シャフト
3、4に配置された2つのピニオンと噛み合っている。
ターボコンプレッサの第1段の羽根車と第2段の羽根車
がピニオン・シャフト3の両端に配置されている。第3
段の羽根車と第4段の羽根車(図示せず)がピニオン・
シャフト4の両端に担持されている。羽根車はすべてう
ず巻ケーシング内で回転している。
の歯車51と第2の歯車52とから成る中間歯車5が駆
動歯車2に後設されている。第1の歯車51と第2の歯
車52は互いに結合されていて、共通のシャフト上に配
置されている。第1の歯車51は駆動歯車2と噛み合っ
ており、第2の歯車52は別のピニオン・シャフト6、
7、8のピニオンと噛み合っている。ピニオン・シャフ
ト6、7、8はそれぞれ両端に羽根車を担持しており、
該羽根車はうず巻ケーシング内で回転している。ピニオ
ン・シャフト6は第5の圧縮段と第6の圧縮段に対応し
て配置されたものであり、ピニオン・シャフト7は第7
の圧縮段と第8の圧縮段に対応して配置されたものであ
り、また、ピニオン・シャフト8は第9の圧縮段と第1
0の圧縮段に対応して配置されたものである。
歯車2と噛み合っている第1の歯車51の直径より大き
く寸法ぎめされているので、ピニオン・シャフト6、
7、8が受ける歯圧は第2の歯車52の歯圧より大き
い。また、第1の歯車51は第2の歯車52と比べて歯
数は少なく、第1の歯車51のモジュールは第2の歯車
52のモジュールより大きく設定されている。
いを行うよう配置されているので、モジュールを変更す
ることによって駆動技術的には全く後段とかかわりなく
最初の4つの段を駆動させることが可能である。ピニオ
ン・シャフト4に必要な変速比は約10:5である。ピ
ニオン・シャフト4のピニオンの歯数Z2に25が選択
されているとともに、駆動歯車2の歯数ZOに263が
選択されている。したがって、歯のモジュールを6に設
定した場合、上述の選択に基づいて直径DOは1575
mmに寸法ぎめされ、歯の噛合速度は122m/sとな
る。ターボコンプレッサに使用される従来公知の歯車伝
動装置について通常行われているように、第1と第2の
コンプレッサ段のうず巻ケーシングの直径はピニオン・
シャフト3、4の軸間距離に合わせて設定されており、
駆動歯車2の直径が1596mm、歯数ZOが266で
ある図示の実施例の場合、軸間距離は1800mmとな
る。
駆動歯車2と噛み合っている中間歯車5の第1の歯車5
1のは数Z51は132に設定されるとともに、直径は
790mmに寸法ぎめされる。
シャフト7の毎分回転数は34730回となる。この場
合、歯数Z4を24に設定したとき、第2の歯車52の
歯数Z52は243となる。また、歯のモジュールを4
に設定したとき、直径は972mmに寸法ぎめされると
ともに、歯の噛合速度は150m/sとにとせっていさ
れる。このように直径が大きく寸法ぎめされているか
ら、伝達モーメント全体を大きくすることができるの
で、歯車伝動装置に後設されている駆動モーターは駆動
シャフトを問題なく始動させることができる。
車伝動装置を備えた多段ターボコンプレッサを図解した
斜視図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 コンプレッサ段の羽根車がピニオン・シ
ャフト(3、4、6、7、8)の両端に配設されてい
て、中心に歯車伝動装置の駆動歯車(2)を備えている
多段ターボコンプレッサにおいて、歯車伝動装置が2段
から構成されていて、中間歯車(5)を備えており、該
中間歯車(5)がダブル・ギヤとして構成されていて、
第1の歯車(51)と第2の歯車(52)より成ること
と、第1の歯車(51)が中心にある駆動歯車(2)と
噛み合っていて、該駆動歯車(2)により駆動され、第
1の歯車(51)のモジュールが第2の歯車(52)の
モジュールより大きく設定されていることと、第2の歯
車(52)が第1の歯車(51)と協働して固定的に結
合されたニユットを形成していて、第2の歯車(52)
のモジュールが第1の歯車(51)のモジュールより小
さく設定されていることと、第1のピニオン・シャフト
(3、4)が中心にある駆動歯車(2)により直接駆動
されているとともに、その他のピニオン・シャフト
(6、7、8)が中間歯車(5)の第2の歯車(52)
とだけ噛み合っていて、前記その他のピニオン・シャフ
ト(6、7、8)の各ピニオンのモジュールが第2の歯
車(52)のモジュールに等しいこととを特徴とするタ
ーボコンプレッサ。 - 【請求項2】 中間歯車(5)の第1の歯車(51)の
直径が第2の歯車(52)の直径より小さく寸法決めさ
れていることを特徴とする請求項1記載のターボコンプ
レッサ。
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