JP4746330B2

JP4746330B2 - 遠心圧縮機

Info

Publication number: JP4746330B2
Application number: JP2005051278A
Authority: JP
Inventors: 好邦河野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: JP2006233901A

Description

本発明は、遠心圧縮機に関するものである。

遠心圧縮機は、主軸と、この主軸に取り付けられた羽根車と、これら主軸と羽根車とを収容するケーシングとを有しており、主軸を回転駆動してケーシング内で羽根車を高速回転させることでケーシング内に取り込んだ気体に遠心力を与え、この遠心力によって気体の圧縮を行う形式の圧縮機である。
ケーシングには、圧縮対象の気体をケーシング内に取り込むための吸込口と、吸込口から吸い込まれた気体を羽根車に導入するための流入路と、羽根車によって圧縮された気体を吐出する吐出口とが設けられている。
流入路は、主軸の周囲を取り囲むようにして設けられており、吸込口から吸い込まれた気体は、流入路によって主軸の径方向外側から径方向内側に向けて案内されて、主軸に取り付けられた羽根車の径方向内側の領域に供給されるようになっている。

近年、遠心圧縮機の効率を向上させるために、遠心圧縮機には、吸込口から吸い込む気体の量を調節する流量調節機構が設けられるようになってきている。
流量調節機構を有する遠心圧縮機としては、例えば、特許文献１に記載の遠心圧縮機が知られている。
特許文献１記載の遠心圧縮機では、流量調節機構として、流入路内に、主軸の軸線に略直交する面上で揺動可能な吸込ベーンが、主軸の周囲を取り囲むように複数配置されており、この吸込ベーンの主軸に対する角度を変えることで、流入路から羽根車に供給される気体の量（すなわち吸込口から吸い込む気体の量）を調節することができるようになっている。

吸込ベーンは、主軸と平行に延在する取付軸を有しており、この取付軸には、第１のギアが同軸にして設けられている。
主軸の回りには、第１のギアよりも主軸側に配置されて、各第１のギアと噛み合うとともに主軸の回りに回転自在である環状のリングギアと、第１のギアのうちの一つと噛み合うとともに、主軸と平行に延在してケーシングを貫通する駆動軸を有する第２のギアとが設けられている。すなわち、第２のギアとこれに噛み合う第１のギア、及びリングギアは、主軸の径方向に配列されている。
そして、ケーシングの外側に設けられたギア駆動部によって、駆動軸を介して第２のギアを回転させると、第１のギアのうち、第２のギアと噛み合っている第１のギアが回転する。この第１のギアが回転すると、この第１のギアに噛み合うリングギアも回転するので、リングギアと噛み合っている他の第１のギアも回転することとなる。
この遠心圧縮機では、このように第１、第２のギア、及びリングギアを用いて、第１のギアに接続された吸込ベーンの向きを調節する構成とされている。

特開２００１−２９５７９５号公報（段落［００１０］〜［００１８］、図１〜図３）

この流量調節機構では、上記のように、ギア駆動部の駆動力は、第２のギアを介して第１のギアのうちの一つに伝達され、この第１のギアからリングギアを介して残りの第１のギアに伝達される。すなわち、第２のギアと噛み合う第１のギアには、自身を駆動する駆動力に加えて、残りの全ての第１のギアを駆動する駆動力が加えられるので、高い強度が要求される。

第１のギアの強度は、その径を大きくするか、もしくは径はそのままでも歯幅のみ大きくすることで高めることができる。
しかし、前記のように第１のギアは周方向に等間隔で多数設けられており、第１のギアの径を大きくすると隣接するギア同士が接触するため、第１のギアの径をあまり大きくすることができない。
また、各部材の配置の関係上、第１のギアの径とリングギアの径との差が大きいので、第１のギア及びリングギアの歯幅を大きくすることによって強度を向上させる場合には、第１のギア及びリングギアの歯幅を非常に大きく取る必要がある。このため、設置スペースの関係から、第１のギア及びリングギアの歯幅をあまり大きく取ることができない。
このように、従来は、遠心圧縮機を大型化することなく耐久性を向上させることは困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、大型化することなく耐久性が著しく向上した遠心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、本発明の遠心圧縮機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる遠心圧縮機は、主軸と、該主軸に取り付けられた羽根車と、前記主軸及び前記羽根車を収容するケーシングとを有し、該ケーシングが、前記主軸の周囲を取り囲んで圧縮対象の気体を前記主軸の径方向外側から径方向内側に案内して前記羽根車に供給する流入路を有しており、前記主軸を介して前記羽根車を回転駆動することで前記羽根車に供給された気体に遠心力を与えて該気体を圧縮する遠心圧縮機であって、前記流入路内に前記主軸の周囲を取り囲むように複数配置されてそれぞれ前記主軸の軸線に平行な揺動軸線回りに揺動可能な吸込ベーンと、該各吸込ベーンを前記揺動軸線回りに揺動させるベーン駆動装置とを有し、該ベーン駆動装置は、前記各吸込ベーンのそれぞれに対して前記揺動軸線と同軸にして設けられた第１ギアと、該各第１ギアの設置領域に対して前記揺動軸線方向に隣接して設けられる第２ギアと、該第２ギアを回転駆動するギア駆動装置と、前記主軸よりも大径で該主軸と同軸にして設けられて前記第１ギア及び前記第２ギアと噛み合う環状のリングギアとを有しており、該リングギアの外周部には、前記各第１ギアと噛み合う第１歯車部と、前記第２ギアと噛み合う第２歯車部とが、前記揺動軸線方向に隣接して設けられていることを特徴とする。

このように構成される遠心圧縮機では、主軸の周囲を取り囲むように配置される複数の吸込ベーンと、これら吸込ベーンを揺動させるベーン駆動装置とが、羽根車に供給する気体の量を調節する流量調節機構を構成している。そして、ベーン駆動装置によって主軸に対する各吸込ベーンの向きを調節することで、流入路内の流路断面積が調節されて、羽根車に供給する気体の量が調節される。
具体的には、ベーン駆動装置のギア駆動装置によって第２ギアを回転駆動することで、第２ギアに噛み合うリングギアが回転させられる。すると、リングギアに噛み合う各第１ギアが回転させられて、各第１ギアが設けられた各吸込ベーンがそれぞれの揺動軸線回りに揺動し、それぞれの主軸に対する向きが調節されて、流入路内の流路断面積の調節が行われる。

この遠心圧縮機では、全ての第１ギアが、それぞれリングギアに設けられた第１歯車部に噛み合わされており、各第１ギアは、それぞれリングギアから直接駆動力を伝達される。すなわち、各第１ギアは、リングギアに対して並列に接続されているので、これら各第１ギアには、リングギアから、自身が対応する吸込ベーンを揺動させるのに必要な駆動力のみを伝達すればよい。
このように、この遠心圧縮機では、各第１ギアに加わる負荷が少ないので、第１ギアに要求される強度水準が著しく低くなり、第１ギアの大きさや歯幅を大きくしなくても、十分な耐久性が確保される。

また、第１ギアと第２ギアとが、主軸の径方向ではなく、主軸の軸線方向に配列されているので、主軸の径方向における遠心圧縮機の寸法を低減することができる。
さらに、このように第２ギアが第１ギアとは揺動軸線方向の位置をずらして配置されていて、第１ギアとは干渉しないので、その径をリングギアの駆動に適した大きさに設定することができる。このため、歯幅を大きくしなくても、十分な耐久性を確保することができ、主軸の軸線方向における遠心圧縮機の寸法を増大させずに済む。

本発明にかかる遠心圧縮機では、従来の遠心圧縮機に比べて、大型化することなく、耐久性が著しく向上している。

以下に、本発明にかかる遠心圧縮機の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の遠心圧縮機１０の要部を示す側断面図である。
遠心圧縮機１０は、主軸１１と、主軸１１に取り付けられた複数の羽根車１２とを有している。

本実施形態の遠心圧縮機１０は、入口壁１６及びダイヤフラム１５と、入口壁１６及びダイヤフラム１５の外側に設けられるケーシング１７とを有する、いわゆるバレル形の一軸多段遠心圧縮機として構成されており、図示しない駆動装置によって主軸１１を介して羽根車１２を回転駆動することで、羽根車１２に供給された気体に遠心力を与えてこの気体を圧縮するものである。

各羽根車１２は、水平割形または輪切形の複数の部材によって形成された入口壁１６及びダイヤフラム１５の内部に収容される。なお、ダイヤフラム１５は各羽根車１２の間を結ぶ流通路を形成する。また、入口壁１６には、主軸１１の周囲を取り囲んで圧縮対象の気体を主軸１１の径方向外側から径方向内側に案内して、羽根車１２のうち第１段目の圧縮に用いられる羽根車１２に供給する流入路１８が設けられている。

主軸１１及び羽根車１２が収納される入口壁１６及びダイヤフラム１５の両端にはそれぞれ側蓋１７ｂを設けた構成とされており、入口壁１６、ダイヤフラム１５及び側蓋１７ｂはボルトによって強固に結合される。
ケーシング１７の胴部１７ａには、それぞれ主軸１１と略直交する方向に延びる吸込口１９と吐出口（図示せず）とが設けられており、この吸込口１９を通じて流入路１８に圧縮対象の気体が供給され、吐出口を通じて最後段の羽根車１２によって圧縮された気体が外部に吐出されるようになっている。
各側蓋１７ｂには、ガスシール方式の軸封部２１が設けられると共に、バッファガスを供給するための配管（図示せず）が配設されている。また、各側蓋１７ｂには、主軸１１を支持するジャーナル軸受２２が、軸受ケーシング２３を介して保持されている。さらに、吸込口１９側（図１における左側）に位置する軸受ケーシング２３には、スラスト軸受２４が配置されている。

図１及び図２に示すように、吸込口１９と第１段目の圧縮に用いられる羽根車１２の吸込口１２ａとを接続する流入路１８には、複数の案内羽根３１が、それぞれ流入路１８を主軸１１の軸線Ｏ方向に横断するようにして固定的に設けられている。
これら案内羽根３１の下流側には、吸込ベーン３２が、流入路１８を主軸１１の軸線方向に横断するようにしてかつ主軸１１の軸線Ｏに略平行な揺動軸線Ｏ_１（図２参照）回りに揺動可能にして設けられている。これら各吸込ベーン３２の揺動軸線Ｏ_１回りの向きは、ベーン駆動装置３３によって調整されるようになっている。
本実施形態では、これら案内羽根３１及び吸込ベーン３２は、それぞれ２４体ずつ設けられている。

図２に示すように、各案内羽根３１及び吸込ベーン３２は、流入路１８内で主軸１１を取り囲む円周上に配設されている。そして、各吸込ベーン３２を、図２に実線で示すように主軸１１の径方向に略直交する向きと、図２に破線で示すように主軸１１の径方向に沿った向きとの間でその向きを調整することで、隣接する吸込ベーン３２間の隙間の大きさが調整されるようになっている。すなわち、この遠心圧縮機１０では、吸込ベーン３２の向きを調整することで、各吸込ベーン３２の間を通過して第１段目の圧縮に用いられる羽根車１２の吸込口１２ａに向かう流体の量が調節されるようになっている。

ベーン駆動装置３３は、図１に示すように、各吸込ベーン３２に対して主軸１１と略平行な揺動軸線Ｏ_１に沿って設けられる取付軸４１と、各取付軸４１に対してそれぞれ同軸にして設けられる従動ギア４２（第１ギア）と、各従動ギア４２の設置領域に対して揺動軸線Ｏ_１方向に隣接して設けられる駆動ギア４３（第２ギア）と、駆動ギア４３を回転駆動するギア駆動装置４４と、主軸１１と同軸にして設けられて従動ギア４２及び駆動ギア４３と噛み合う環状のリングギア４６とを有している。
リングギア４６は、主軸１１よりも大径でかつ各取付軸４１のなす円周よりも小径とされており、その外周面には、各従動ギア４２と噛み合う第１歯車部４７と、駆動ギア４３と噛み合う第２歯車部４８とが、揺動軸線Ｏ_１方向に隣接して設けられている。
なお、各ギアが噛み合わせられている領域はグリースで満たされており、これにより、各ギアは滑らかに回転することができるようになっている。

このように構成される遠心圧縮機１０では、前記のように、主軸１１の周囲を取り囲むように配置される複数の吸込ベーン３２と、これら吸込ベーン３２を揺動させるベーン駆動装置３３とが、第１段目の圧縮を行う羽根車１２に供給する気体の量を調節する流量調節機構を構成している。そして、ベーン駆動装置３３によって主軸１１に対する各吸込ベーン３２の向きを調節することで、流入路１８内の流路断面積が調節されて、第１段目の圧縮を行う羽根車１２に供給する気体の量が調節される。

具体的には、ベーン駆動装置３３のギア駆動装置４４によって駆動ギア４３を回転駆動することで、駆動ギア４３に第２歯車部４８で噛み合うリングギア４６が回転させられる。すると、リングギア４６の第１歯車部４７に噛み合う各従動ギア４２が回転させられて、各第１ギア４２と接続された各吸込ベーン３２がそれぞれの揺動軸線Ｏ_１回りに揺動し、それぞれの主軸１１に対する向きが調節されて、流入路１８内の流路断面積の調節が行われる。

この遠心圧縮機１０では、全ての従動ギア４２が、それぞれリングギア４６に設けられた第１歯車部４７に噛み合わされており、各従動ギア４２は、それぞれリングギア４６から直接駆動力を伝達される。すなわち、各従動ギア４２は、リングギア４６に対して並列に接続されているので、これら各従動ギア４２には、リングギア４６から、自身が対応する吸込ベーン３１を揺動させるのに必要な駆動力のみを伝達すればよい。
このように、この遠心圧縮機１０では、各従動ギア４２に加わる負荷が少ないので、従動ギア４２に要求される強度水準が著しく低くなり、従動ギア４２の大きさや歯幅を大きくしなくても、十分な耐久性が確保される。

また、従動ギア４２と駆動ギア４３とが、主軸１１の径方向ではなく、主軸１１の軸線Ｏ方向に配列されているので、主軸１１の径方向における遠心圧縮機１０の寸法を低減することができる。
さらに、このように駆動ギア４３が従動ギア４２とは揺動軸線Ｏ_１方向の位置をずらして配置されていて、従動ギア４２とは干渉しないので、その径をリングギア４６の駆動に適した大きさに設定することができる。このため、歯幅を大きくしなくても、十分な耐久性を確保することができ、主軸１１の軸線Ｏ方向における遠心圧縮機１０の寸法を増大させずに済む。
このように、本実施形態にかかる遠心圧縮機１０によれば、従来の遠心圧縮機に比べて、大型化することなく、耐久性が著しく向上している。

以上、本発明の遠心圧縮機の各実施形態について詳細に説明してきたが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記各実施形態においては、円盤状の従動ギア４２を採用し、従動ギア４２の円周全体に歯を設けているが、従動ギア４２は、吸込ベーン３２の揺動軸線Ｏ_１回りの可動範囲内で従動ギア４２とリングギア４６とが噛み合う範囲にのみ歯を有する形状（例えば揺動軸線Ｏ_１を中心点（要）とする扇形状）としてもよい。これにより、材料費の節約、装置の小型化を図ることができる。

本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機の要部を示す側断面図である。本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機の要部を示す軸直交断面図である。本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機のベーン駆動装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０遠心圧縮機
１１主軸
１２羽根車
１７ケーシング
１８流入路
３２吸込ベーン
３３ベーン駆動装置
４２従動ギア（第１ギア）
４３駆動ギア（第２ギア）
４４ギア駆動装置
４６リングギア
４７第１歯車部
４８第２歯車部
Ｏ主軸の軸線
Ｏ_１揺動軸線

Claims

主軸と、該主軸に取り付けられた羽根車と、前記主軸及び前記羽根車を収容するケーシングとを有し、該ケーシングが、前記主軸の周囲を取り囲んで圧縮対象の気体を前記主軸の径方向外側から径方向内側に案内して前記羽根車に供給する流入路を有しており、前記主軸を介して前記羽根車を回転駆動することで前記羽根車に供給された気体に遠心力を与えて該気体を圧縮する遠心圧縮機であって、
前記流入路内に前記主軸の周囲を取り囲むように複数配置されてそれぞれ前記主軸の軸線に平行な揺動軸線回りに揺動可能な吸込ベーンと、
該各吸込ベーンを前記揺動軸線回りに揺動させるベーン駆動装置とを有し、
該ベーン駆動装置は、前記各吸込ベーンのそれぞれに対して前記揺動軸線と同軸にして設けられた第１ギアと、
該各第１ギアの設置領域に対して前記揺動軸線方向に隣接して設けられる第２ギアと、
該第２ギアを回転駆動するギア駆動装置と、
前記主軸よりも大径で該主軸と同軸にして設けられて前記第１ギア及び前記第２ギアと噛み合う環状のリングギアとを有しており、
該リングギアの外周部には、前記各第１ギアと噛み合う第１歯車部と、前記第２ギアと噛み合う第２歯車部とが、前記揺動軸線方向に隣接して設けられている遠心圧縮機。