JP5070951B2

JP5070951B2 - 高圧圧縮機

Info

Publication number: JP5070951B2
Application number: JP2007162862A
Authority: JP
Inventors: 誠二岩脇
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2027-06-20
Also published as: JP2009002207A

Description

本発明は、天然ガス等のガスを高圧に圧縮して、高圧ガスを生成する高圧圧縮機に関する。

従来の高圧圧縮機の先行技術として特許文献１に示すものがあり、この先行技術に係る高圧圧縮機の構成は、次のようになる。

即ち、先行技術に係る高圧圧縮機は、圧縮機本体をベースとして備えており、この圧縮機本体には、天然ガス等のガスを段階的に圧縮する複数のシリンダ機構（第１段のシリンダ機構、第２段のシリンダ機構、第３段のシリンダ機構、第４段のシリンダ機構）が設けられている。また、各シリンダ機構は、圧縮機本体に固定されたシリンダと、シリンダ内に気密的に往復動可能に設けられたピストンと、基端部がピストンに連結されたピストンロッドとをそれぞれ有している。ここで、第１段のシリンダ機構によって圧縮されたガスは、第２段のシリンダ機構におけるシリンダ、第３段のシリンダ機構におけるシリンダ、及び第４段のシリンダ機構におけるシリンダに順次供給されるようになっている。

圧縮機本体には、水平方向へ延びたクランク軸が回転可能に設けられており、このクランク軸は、軸心（クランク軸の軸心）に対して偏心した複数（シリンダ機構と同数）のクランクピンを有している。また、各シリンダ機構におけるピストンロッドの先端部には、クランク軸の回転運動を往復運動に変換するコネクティングロッドの先端部（一端部）が回転自在にそれぞれ連結されており、各コネクティングロッドの基端部（他端部）には、対応するクランクピンを回転自在に支持する軸受がそれぞれ設けられあって、換言すれば、各コネクティングロッドの基端部は、対応するクランクピンに軸受を介して回転自在にそれぞれ連結されている。

従って、駆動モータ等の駆動源によってクランク軸を回転させると、各コネクティングロッドによってクランク軸の回転運動を往復運動にそれぞれ変換し、換言すれば、各コネクティングロッドをクランク軸の回転に連動してそれぞれ往復揺動させる。これにより、複数のシリンダ機構におけるピストンを連動して往復動させて、複数のシリンダ機構によってガスを段階的に高圧に圧縮して、高圧ガスを生成することができる。
特開２００７−３２４６３号公報

ところで、コネクティングロッドの基端部に設けられた軸受のメンテナンス及び交換を適切に行うには、クランクピンを回転自在に支持する軸受として分割タイプのすべり軸受を用いて、クランクピンに対して着脱（装着・離脱）できるようにする必要がある。

一方、軸受として分割タイプのすべり軸受を用いると、軸受の潤滑剤は潤滑油に限られしまい、この潤滑油のシリンダ機構におけるシリンダ内への侵入を防止すると、シリンダ機構におけるシリンダとクランク軸の距離を大きく離隔させなければならず、高圧圧縮機の大型化を招くことになる。

即ち、クランクピンを回転自在に支持する軸受のメンテナンス及び交換を適切に行うことを可能にした上で、高圧圧縮機のコンパクト化を図ることは極めて困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の高圧圧縮機を提供することを目的とする。

本発明の特徴は、ガスを高圧に圧縮して、高圧ガスを生成する高圧圧縮機において、圧縮機本体と、前記圧縮機本体に設けられ、前記圧縮機本体に固定されたシリンダと、前記シリンダ内に気密的に往復動可能に設けられたピストンと、基端部が前記ピストンに連結されたピストンロッドとをそれぞれ有し、ガスを段階的に高圧に圧縮する複数のシリンダ機構と、前記圧縮機本体に回転可能に設けられ、前記圧縮機本体の一側部に回転可能に設けられた第１分割クランク軸と、前記圧縮機本体の他側部に前記第１分割クランク軸と同心上に回転可能に設けられた第２分割クランク軸と、前記第１分割クランク軸と前記第２分割クランク軸との間に偏心して設けられたクランクピンとを有したクランク軸と、先端部が各シリンダ機構における前記ピストンロッドの先端部に回転自在にそれぞれ連結され、前記クランク軸の回転運動を往復運動に変換するコネクティングロッドと、各コネクティングロッドの基端部にそれぞれ設けられ、共通の前記クランクピンを回転自在に支持する転がり軸受と、を備え、前記第１分割クランク軸は前記クランクピン側に第１ブロックを有し、前記第２分割クランク軸は前記クランクピン側に第２ブロックを有し、前記第２ブロックの側面にピン取付穴が前記第２分割クランク軸の軸心に対して偏心して形成され、前記第２ブロックの前記ピン取付穴に前記クランクピンの端部が回転不能に締まりばめ嵌合され、更に、前記第２ブロックに、圧油の供給によって前記クランクピンと前記第２ブロックの前記ピン取付穴の嵌合状態を解除するための細穴が前記ピン取付穴に連通して形成されていることを要旨とする。

ここで、本願の特許請求の範囲及び明細書において、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別部材を介して間接的に設けられたことを含む意であって、「固定され」とは、直接的に固定されたことの他に、別部材を介して間接的に固定されたことを含む意である。

本発明の特徴によると、適宜の駆動源によって前記クランク軸を回転させると、各コネクティングロッドによって前記クランク軸の回転運動を往復運動にそれぞれ変換し、換言すれば、各コネクティングロッドを前記クランク軸の回転に連動してそれぞれ往復揺動させる。これにより、複数の前記シリンダ機構における前記ピストンを連動して往復動させて、複数の前記シリンダ機構によってガスを段階的に高圧に圧縮して、高圧ガスを生成することができる（前記高圧圧縮機の一般的な作用）。

前記高圧圧縮機の一般的な作用の他に、前記クランクピンを前記第２分割クランク軸に対して離脱させることにより、前記クランク軸を分割して、前記クランクピンの端側を開放させることができる。これにより、前記クランクピンを支持する軸受として分割タイプのすべり軸受でなく前記転がり軸受を用いても、前記転がり軸受を前記クランクピンの端側から前記クランクピンに対して着脱させることができる。

なお、適宜の転がり軸受を前記クランクピンに対して装着した後に、前記クランクピンを前記第２分割クランク軸に対して装着させる。

以上の如き、本発明によれば、前記クランクピンを支持する軸受として分割タイプのすべり軸受でなく前記転がり軸受を用いても、前記転がり軸受を前記クランクピンの端側から前記クランクピンに対して着脱させることができるため、前記クランクピンを支持する前記転がり軸受のメンテナンス及び交換を適切に行うことを可能にした上で、前記転がり軸受の潤滑剤としてグリース又は固体潤滑剤を使用することができ、前記シリンダと前記クランク軸の距離を大きく離隔させる必要がなくなって、前記高圧圧縮機のコンパクト化を図ることができる。

本発明の実施形態について図１から図３を参照して説明する。

ここで、図１は、本発明の実施形態に係る高圧圧縮機の正面断面図、図２は、図１におけるII-II線に沿った図、図３は、図１における矢視部IIIの拡大図である。

図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る高圧圧縮機１は、天然ガス等のガスを高圧に圧縮して、高圧ガスを生成する装置であって、圧縮機本体３をベースとして備えており、この圧縮機本体３は、基台５と、この基台５の上面に設けられた円筒状の支持フレーム７とを有している。

支持フレーム７の外周面には、ガスを段階的に高圧に圧縮する４つのシリンダ機構（第１段のシリンダ機構９Ａ、第２段のシリンダ機構９Ｂ、第３段のシリンダ機構９Ｃ、第４段のシリンダ機構９Ｄ）が放射状に設けられており、各シリンダ機構９Ａ〜９Ｄは、支持フレーム７に固定されたシリンダ１１と、シリンダ１１内に気密的に往復動可能に設けられたピストン１３と、基端部がピストン１３に連結されたピストンロッド１５とをそれぞれ有している。また、各シリンダ機構９Ａ〜９Ｄにおけるシリンダ１１内には、前述の特許文献１に示すように、ガスの吸入量・吐出量を調節する吸入吐出弁１７がそれぞれ配設されている。ここで、第１段のシリンダ機構９Ａによって圧縮されたガスは、複数の吸入吐出弁１７を介して第２段のシリンダ機構９Ｂにおけるシリンダ１１、第３段のシリンダ機構９Ｃにおけるシリンダ１１、及び第４段のシリンダ機構９Ｄにおけるシリンダ１１に順次供給されるようになっている。

支持フレーム７には、水平方向へ延びたクランク軸１９が回転可能に設けられており、このクランク軸１９の具体的な構成（クランク軸１９の周辺の構成を含む）は、次のようになる。

即ち、支持フレーム７の一側部には、第１分割クランク軸２１が転がり軸受２３を介して回転可能に設けられており、この第１分割クランク軸２１は、他側に、板状の第１ブロック２５を有している。また、第１分割クランク軸の一端部には、フライホイール２７が一体的に設けられており、このフライホイール２７は、ベルト（図示省略）等を介して駆動モータ（図示省略）に連動連結されている。なお、第１ブロック２５の外周面の適宜位置には、第１カウンターバランサ２９が設けられている。

支持フレーム７の他側部には、第２分割クランク軸３１が第１分割クランク軸２１と同心上に転がり軸受３３を介して回転可能に設けられており、この第２分割クランク軸３１は、一側に、板状の第２ブロック３５を有している。また、第２ブロック３５の一側面には、ピン取付穴３７が偏心して形成されており、第２ブロック３５の外周部には、ピン取付穴３７に連通した細穴３９が形成されている。なお、第２ブロック３５の外周面の適宜位置には、第２カウンターバランサ４１が設けられている。

第１分割クランク軸２１と第２分割クランク軸３１との間には、クランクピン４３が偏心して設けられており、このクランクピン４３は、第１分割クランク軸２１に対して着脱可能に構成されている。より具体的には、第１ブロック２５の一側面（換言すれば、第１分割クランク軸２１の端面）には、クランクピン４３の一端部が固定されおり、第２ブロック３５のピン取付穴３７には、クランクピン４３の他端部がキー４５を介して回転不能に焼きばめ嵌合されている。なお、ポンプ（図示省略）の駆動によって第２ブロック３５の細穴３９に圧油を供給することにより、クランクピン４３と第２ブロック３５のピン取付穴３７の嵌合状態を解除することができるようになっている。

ここで、第２ブロック３５のピン取付穴３７にクランクピン４３の他端部が焼きばめ嵌合される代わりに、別の態様で締まりばめ嵌合（冷やしばめ嵌合又は圧入嵌合）されるようにしても構わなく、クランクピン４３の他端部が第２ブロック３５のピン取付穴３７に締まりばめ嵌合される代わりに、別の態様で第２ブロック３５の側面に着脱可能に取付られるようにしても構わない。また、クランクピン４３が第２分割クランク軸３１に対して着脱可能に構成される代わりに、第１分割クランク軸２１に対して着脱可能に構成されたり、第１分割クランク軸２１及び第２分割クランク軸３１に着脱可能に構成されたりするようにしても構わない。

各シリンダ機構９Ａ〜９Ｄにおけるピストンロッド１５の先端部には、クロスヘッド４７がそれぞれ設けられており、各クロスヘッド４７には、クランク軸１９の回転運動を往復運動に変換するコネクティングロッド４９の先端部（一端部）が連結ピン５１を介して回転自在にそれぞれ連結されている。換言すれば、各シリンダ機構９Ａ〜９Ｄにおけるピストンロッド１５の先端部には、コネクティングロッド４９の先端部がクロスヘッド４７及び連結ピン５１を介して回転自在にそれぞれ連結されている。

各コネクティングロッド４９の基端部（他端部）には、外輪取付穴５３がそれぞれ形成されており、各コネクティングロッド４９の外輪取付穴５３には、共通のクランクピン４３を回転自在に支持する転がり軸受５５の外輪５５ａが焼きばめ嵌合されている。換言すれば、各コネクティングロッド４９の基端部は、クランク軸１９における共通のクランクピン４３に転がり軸受５５を介して回転自在にそれぞれ連結されている。

ここで、各コネクティングロッド４９の外輪取付穴５３に転がり軸受５５の外輪５５ａが焼きばめ嵌合される代わりに、別の態様で締まりばめ嵌合（冷やしばめ嵌合又は圧入嵌合）されるようにしても構わない。また、各コネクティングロッド４９の外輪取付穴５３に転がり軸受５５の外輪５５ａが締まりばめ嵌合される代わりに、別の態様で各コネクティングロッド４９の外輪取付穴５３に転がり軸受５５の外輪５５ａが第２ブロック３５に側面に着脱可能に取付られるようにしても構わない。更に、転がり軸受５５は玉軸受でもころ軸受でも構わなく、転がり軸受５５をシール付タイプ又はシールド付タイプとすれば、グリースを転がり軸受５５に封入しても、グリースが転がり軸受５５の外に飛散することはない。

クランクピン４３における複数のコネクティングロッド４９の間、コネクティングロッド４９と第１ブロック２５の間、及びコネクティングロッド４９と第２ブロック３５の間には、転がり軸受５５の内輪５５ｂに接触可能なスペーサ５７がそれぞれ設けられている。そして、クランクピン４３の他端部には、複数の転がり軸受５５の内輪５５ｂを複数のスペーサ５７を介して第１分割クランク軸２１側へ押圧する押圧ナット５９が螺合して設けられている。なお、スペーサ５７は、回り止めキー等によってクランクピン４３に対して回転不能になっていることが望ましい。

次に、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

駆動モータによってクランク軸１９を回転させると、各コネクティングロッド４９によってクランク軸１９の回転運動を往復運動にそれぞれ変換し、換言すれば、各コネクティングロッド４９をクランク軸１９の回転に連動してそれぞれ往復揺動させる。これにより、複数のシリンダ機構９Ａ〜９Ｄにおけるピストン１３を連動して往復動させて、複数のシリンダ機構９Ａ〜９Ｄによって天然ガス等のガスを段階的に高圧に圧縮して、高圧ガスを生成することができる（高圧圧縮機１の一般的な作用）。

高圧圧縮機１の一般的な作用の他に、クランクピン４３の他端部と第２ブロック３５のピン取付穴３７の嵌合状態を解除して、クランクピン４３を第２分割クランク軸３１に対して離脱させることにより、クランク軸１９を分割して、クランクピン４３の他端側を開放することができる。これにより、押圧ナット５９を緩めて、押圧ナット５９の螺合状態を解除することができると共に、クランクピン４３を支持する軸受として分割タイプのすべり軸受でなく転がり軸受５５を用いても、転がり軸受５５及び複数のスペーサ５７をクランクピン４３の他端側からクランクピン４３に対して着脱させることができる。

なお、適宜の転がり軸受５５及び複数のスペーサ５７をクランクピン４３に対して装着した後に、押圧ナット５９を締め付けて、押圧ナット５９によって複数の転がり軸受５５の内輪５５ｂを複数のスペーサ５７を介して第１分割クランク軸２１側へ押圧すると共に、クランクピン４３の他端部を第２ブロック３５のピン取付穴３７に焼きばめ嵌合させて、クランクピン４３を第２分割クランク軸に対して装着させる。

以上如き、本発明の実施形態によれば、クランクピン４３を支持する軸受として分割タイプのすべり軸受でなく転がり軸受５５を用いても、転がり軸受５５をクランクピン４３の他端側からクランクピン４３に対して着脱させることができるため、クランクピン４３を支持する転がり軸受５５のメンテナンス及び交換を適切に行うことを可能にした上で、転がり軸受５５の潤滑剤としてグリース又は固体潤滑剤（例えばモリブデン，グラファイト等）を使用することができ、シリンダ１１とクランク軸１９の距離を大きく離隔させる必要がなくなって、高圧圧縮機１のコンパクト化を図ることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

本発明の実施形態に係る高圧圧縮機の正面断面図である。図１におけるII-II線に沿った図である。図１における矢視部IIIの拡大図である。

符号の説明

１高圧圧縮機
３圧縮機本体
９Ａ〜９Ｄシリンダ機構
１１シリンダ
１３ピストン
１５ピストンロッド
１９クランク軸
２１第１分割クランク軸
２５第１ブロック
３１第２分割クランク軸
３５第２ブロック
３７ピン取付穴
３９細穴
４３クランクピン
４９コネクティングロッド
５３外輪取付穴
５５転がり軸受
５５ａ外輪
５５ｂ内輪
５７スペーサ
５９押圧ナット

Claims

ガスを高圧に圧縮して、高圧ガスを生成する高圧圧縮機において、
圧縮機本体と、
前記圧縮機本体に設けられ、前記圧縮機本体に固定されたシリンダと、前記シリンダ内に気密的に往復動可能に設けられたピストンと、基端部が前記ピストンに連結されたピストンロッドとをそれぞれ有し、ガスを段階的に高圧に圧縮する複数のシリンダ機構と、
前記圧縮機本体に回転可能に設けられ、前記圧縮機本体の一側部に回転可能に設けられた第１分割クランク軸と、前記圧縮機本体の他側部に前記第１分割クランク軸と同心上に回転可能に設けられた第２分割クランク軸と、前記第１分割クランク軸と前記第２分割クランク軸との間に偏心して設けられたクランクピンとを有したクランク軸と、
先端部が各シリンダ機構における前記ピストンロッドの先端部に回転自在にそれぞれ連結され、前記クランク軸の回転運動を往復運動に変換するコネクティングロッドと、
各コネクティングロッドの基端部にそれぞれ設けられ、共通の前記クランクピンを回転自在に支持する転がり軸受と、を備え、
前記第１分割クランク軸は前記クランクピン側に第１ブロックを有し、前記第２分割クランク軸は前記クランクピン側に第２ブロックを有し、前記第２ブロックの側面にピン取付穴が前記第２分割クランク軸の軸心に対して偏心して形成され、前記第２ブロックの前記ピン取付穴に前記クランクピンの端部が回転不能に締まりばめ嵌合され、更に、前記第２ブロックに、圧油の供給によって前記クランクピンと前記第２ブロックの前記ピン取付穴の嵌合状態を解除するための細穴が前記ピン取付穴に連通して形成されていることを特徴とする高圧圧縮機。
複数の前記転がり軸受の内輪を前記第１分割クランク軸側へ押圧する押圧手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の高圧圧縮機。
前記押圧手段は、前記クランクピンにおける複数の前記コネクティングロッド間に設けられかつ前記転がり軸受の前記内輪に接触可能なスペーサと、前記クランクピンに螺合して設けられかつ前記スペーサを介して複数の前記転がり軸受の前記内輪を前記第１分割クランク軸側へ押圧する押圧ナットとからなることを特徴とする請求項２に記載の高圧圧縮機。
各コネクティングロッドの基端部に外輪取付穴がそれぞれ形成され、各コネクティングロッドの前記外輪取付穴に前記転がり軸受の外輪が締まりばめ嵌合されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の高圧圧縮機。