JP5567968B2 - 多段遠心圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は多段遠心圧縮機に係り、特に各段の圧縮機羽根車の下流側に、圧縮された作動流体を冷却する冷却器を備えた多段遠心圧縮機に関する。

従来の多段遠心圧縮機の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の多段遠心圧縮機では、原動機の動力を増速機の２本の出力軸に伝達している。増速機は原動機軸に連結され、ブルギヤが取り付けられた入力軸と、このブルギヤにかみ合うピニオンが設けられ、入力軸と平行に配置された２本の出力軸とを有している。一方の出力軸の端部には、多段遠心圧縮機の初段を形成する遠心羽根車が取り付けられており、他方の出力軸の両端部には、多段遠心圧縮機の２段及び３段を形成する遠心羽根車が取り付けられている。

そしてこの多段遠心圧縮機では、初段羽根車で圧縮された高温のガスは、初段羽根車の下方に配置された第１のインタークーラで冷却されて２段羽根車に供給されている。また、２段羽根車で圧縮された高温のガスは、これも２段羽根車の下方に配置された第２のインタークーラで冷却されて第３段羽根車に供給されている。

従来の多段遠心圧縮機の他の例が、特許文献２に記載されている。この公報に記載の多段遠心圧縮機では、上記特許文献１に記載の多段遠心圧縮機と同様に、増速機として平行軸歯車装置を用い、２本の出力軸の軸端に各段の羽根車を取り付けて３段からなる遠心圧縮機を構成している。ただし、初段羽根車が取り付けられた出力軸の反対端には、２段羽根車が取り付けられており、３段羽根車が取り付けられた他方の出力軸では、３段羽根車の反対端には何も取り付けられていない点で、上記特許文献１とは相違している。また、増速機の入力軸は、原動機に接続するためのカップリングが取り付けられた端部とは反対端に主オイルポンプが取り付けられている。

米国特許明細書第６４８８４６７号 特開２００３−９７４８９号公報

ところで、特許文献１や特許文献２に記載の多段遠心圧縮機は、工場空気源として多用されている。多段遠心圧縮機を工場空気源として使用する場合には、吸込みフィルタを介して周囲空気を取り入れるのが通常の使用状態であるので、圧縮機内部に取り込まれる空気は一般大気に他ならない。一般の大気を長期に吸込んで使用した圧縮機では、大気中に含まれる微小な物質や水分等の影響で圧縮機に腐食が発生することがあり、定期的なメインテナンスが必要となっている。

上記特許文献１に記載の多段遠心圧縮機では、製作及び組立ての費用を低減するために主としてケーシングに使用される鋳物部品の改良を図っている。この公報に記載の鋳物ケーシングでは、部品の低減が図られており組み立て費用等も低減されるものと思われるが、メインテナンスの点についてまでは十分には考慮されていない。

特に定期的なメインテナンスが必要な場合には、羽根車を取り外して点検した後、必要な場合には羽根車に修正を加えたり、新製の羽根車を回転軸に取り付ける作業が生じる。回転軸に新たな形状の羽根車を取り付けると、高速回転体である遠心圧縮機ではロータバランス取り作業が必須となる。そのため、増速機ケーシングから、歯車を含む回転軸を取り出す作業が必要となるが、入力軸の原動機接続端とは反対端に取り付けるオイルポンプを取り外すなど、余分な作業が発生する。

また、上記特許文献２でも入力軸の一端側に主オイルポンプを取り付けているので、上記メインテナンス作業では、主オイルポンプまで取り外さざるを得ず、作業が複雑化している。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、平行軸増速機の２本の出力軸に取り付けた羽根車で作動ガスを圧縮する多段の遠心圧縮機において、メインテナンス作業を軽減することにある。本発明の他の目的は、メインテナンス作業を軽減した一体型ケーシングを有する多段遠心圧縮機を実現することにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、原動機と、この原動機で駆動されブルギアが取り付けられた入力軸と、この入力軸に平行に配置され軸方向中間部にピニオンが形成された２本の出力軸と、これら２本の出力軸の少なくとも３個の軸端に取り付けられた遠心羽根車と、ブルギア及びピニオンを収納する歯車増速機部と遠心羽根車で圧縮された高温の作動ガスを冷却するクーラ部とが一体化された一体ケーシングと、この一体ケーシングの上面を覆う上ケーシングとを備えた多段遠心圧縮機において、一体ケーシングの歯車増速機部であってブルギアが収容される部分を軸方向に延在し、この延在部の端面に多段遠心圧縮機の潤滑油ポンプを着脱自在に取り付けたことにある。

そしてこの特徴において、上ケーシングと一体ケーシングは、入力軸の中心線及び２本の出力軸の中心線を含む水平面でボルトにより結合される水平面分割形状であるのがよく、上ケーシングは延在部の端面と軸方向同じ位置に端面を有し、この端面に潤滑油ポンプを着脱自在に取付け、上ケーシングと一体ケーシングと潤滑油ポンプとが形成する空間内に、潤滑油ポンプと入力軸とを接続するカップリングを収納するのが好ましい。さらに、一体ケーシングの増速機部の下部に形成される油溜まり部へ、上ケーシングと一体ケーシングと潤滑油ポンプとが形成する空間から潤滑油を戻す流路を設けて、前記空間にブルギア側からカップリング側へ漏れる潤滑油のシールを不要とするのがよい。

本発明によれば、増速機ケーシングと作動ガス流路ケーシングとを一体化し、増速機の入力軸端のオイルポンプ接続部を増速機ケーシング内に納めたので、増速機ケーシングの上ケーシングを取り外すだけで羽根車を含む出力軸を容易に取り外すことが可能になり、メインテナンス作業が軽減する。また、多段遠心圧縮機で、従来の流路ケーシングと一体化された増速機ケーシングの形状を一部変更するだけで、メインテナンス作業を軽減した一体型ケーシングが得られる。

本発明に係る多段遠心圧縮機の一実施例の斜視図である。 図１に示した多段遠心圧縮機の主要部の水平視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図３の要部分解斜視図である。 多段遠心圧縮機のメインテナンス作業時の作業フローを示すフローチャートである。

以下、本発明に係る多段遠心圧縮機の実施例を、図面を用いて説明する。図１は多段遠心圧縮機１００の斜視図であり、図２は図１に示した多段遠心圧縮機１００の平面図であり、詳細を後述する一体ケーシング１０の上ケーシング１１を取り去った図である。図３は図２におけるＡ−Ａ断面図である。この図３でも、上ケーシング１１を取り去って示している。図４は、図３における要部の分解斜視図であり、主潤滑油ポンプ２４付近を示した図である。

多段遠心圧縮機１００は、原動機であるモータ３により駆動され、制御盤４に格納された制御部で制御される。モータ３の出力軸には、カップリング５を介して入力軸６が接続されている。入力軸６には、ブルギヤ２０が取り付けられている。ブルギヤ２０には、２個のピニオン２１、２２がかみ合っている。各ピニオン２１、２２は、出力軸７、８と一体に形成されている。入力軸６と２本の出力軸７、８はそれぞれ平行軸となっている。なお、各ピニオン２１、２２を出力軸と別体に作成し、それらを出力軸７、８に固定するようにしてもよい。

入力軸６及び出力軸７、８、ブルギヤ２０、ピニオン２１、２２は、一体ケーシング１０の増速機部２に収容されている。一体ケーシング１０の増速機部２は、水平面分割構造であり、入力軸６及び出力軸７、８の中心軸を含む水平面にほぼ等しい面で上ケーシング１１に当接し、上ケーシング１１と詳細を後述する下ケーシング１２とはボルト結合される。

入力軸６は一体ケーシング１０の増速機部２に保持された複合軸受４１、４２により、その中間部であってブルギヤ２０の両側位置で回転可能に支持される。この複合軸受４１、４２は、ラジアル荷重とともにスラスト荷重も支持する。各出力軸７、８も、一体ケーシング１０の増速機部２に保持されたラジアル軸受４３〜４６で、その中間部であってピニオン２１、２２の両側を回転可能に支持されている。なお、各出力軸７、８で発生したスラスト力は、ラジアル軸受４３〜４６よりも軸方向内側に配置したスラストカラーで支持されている。

一方の出力軸７の両軸端には、遠心羽根車１ａ、１ｂが取り付けられており、それぞれ多段遠心圧縮機１００の初段及び２段目を構成する。他方の出力軸８の一方端にも遠心羽根車１ｃが取り付けられており、多段遠心圧縮機１００の３段目を構成する。初段羽根車１ａの吸込み側には、初段吸込みケーシング１４が設けられており、図示しない吸込みフィルタを経た外気を多段遠心圧縮機１００内に導いている。

一体ケーシング１０の下部は下ケーシング１２を構成しており、主としてクーラ部１５となっている。クーラ部１５の上面には、増速機部２を挟んで、一方側に初段羽根車１ａ及び３段目羽根車１ｃのケーシング１６ａ、１６ｃが、他方側に２段目羽根車１ｂのケーシング１６ｂが配置されている。

クーラ部１５は、直方体状の３個のケーシング１５ａ〜１５ｃが一体化された直方体状のケーシングである。直方体状のケーシング１５ａ〜１５ｃの各々には、フィンチューブ型の熱交換器ネスト１８が収容されており、それぞれインタークーラ１３ａ、１３ｂ及びアフタークーラ１３ｃを構成している。

各段の羽根車１ａ〜１ｃと各クーラ１３ａ〜１３ｃとを接続する接続配管３４は、下ケーシング１２の上面に接続部を有している。この結果、初段吸込みケーシング１４から導かれた外部空気は、初段羽根車１ａで圧縮されて温度上昇し、インタークーラ１３ａに導かれる。インタークーラ１３ａで冷却された加圧空気は、２段目羽根車１ｂに導かれ、さらに圧力を増すとともに温度上昇する。温度上昇した加圧空気は、第２のインタークーラ１３ｂに導かれて冷却され、３段目羽根車１ｃに導かれる。３段目羽根車１ｃで圧縮され高温になった加圧空気は、アフタークーラ１３ｃで冷却されて、需要元に送られる。

各クーラ１３ａ〜１３ｃの反モータ側面（前面）には、これらクーラ１３ａ〜１３ｃに冷却水を供給するための冷却水配管３０と、クーラ１３ａ〜１３ｃ内で圧縮空気と熱交換して高温になった水を戻す戻り水配管３１が配置されている。各軸受４１〜４６やブルギヤ２０、ピニオン２１、２２等を潤滑した潤滑油は、モータ３の下部に形成されたオイルタンクに戻された後、モータ３の近傍に配置した図示しないオイルクーラで冷却される。そして、入力軸６にカップリング２３を介して接続された主潤滑油ポンプ２４により、潤滑油配管３２を経て軸受４１〜４６やブルギヤ２０、ピニオン２１、２２等の潤滑部位へ供給される。

次に、図３及び図４を用いて入力軸６の端部に設けた主潤滑油ポンプ２４の取り付け状態を説明する。この図３では、上ケーシング１１を取り去って示している。主潤滑油ポンプ２４は、入力軸６とカップリング２３（２３ａ、２３ｂ）とで接続されている。主潤滑油ポンプ２４のカップリング２３ｂ側端面は、フランジ面２４ｂとなっており、一体ケーシング１０の水平フランジ面２ｆ（上ケーシング１１との当接面）に垂直なフランジ面２ａとの結合面となっている。

つまり、下ケーシング１２の増速機部２は、入力軸６が嵌合しラジアル軸受４１が保持される部分が前面側（冷却水配管３０側）に延材しており、この延材部２ｂにカップリング２３（２３ａ、２３ｂ）が収容される構造となっている。そして、延在部２ｂの端面２aに主潤滑油ポンプ２４取付け用のねじ穴が複数個形成されており、シール用のガスケット２８を介して主潤滑油ポンプ２４がボルト２７で取り付けられる。

なお図示しないが、上ケーシング１１も下ケーシング１２の延材部２ｂに対応した位置が前面側に延材しており、この延材部内にカップリング２３（２３ａ、２３ｂ）を収容する。そして、上ケーシング１１の延材部の端面にも、ねじ穴が複数個形成されており、主潤滑油ポンプ２４を取り付けるねじ穴として利用される。

このように構成した本実施例に示す多段遠心圧縮機１００では、一旦組み立てたあとの定期的なメインテナンス時や遠心圧縮機の部品交換時に、羽根車交換または補修の必要性が生じたら、上ケーシング１１への主潤滑油ポンプ２４取り付けボルト２７を外し、主潤滑油ポンプ２４自身は下ケーシング１２に取り付けたまま、上ケーシング１１をフランジ面２ｆから取り外すことが可能になる。つまり、上ケーシング１１と下ケーシング１２とをフランジ面２ｆで固定していたボルトを取り去れば、上ケーシング１１は容易に取り外すことができる。

従来は、カップリング２３部が一体ケーシング外にあったので、円筒形のカップリングカバーを一体ケーシングに付設していた。そのため、初めに主潤滑油ポンプを円筒形のカップリングカバーから取り出していた。すなわち、主潤滑油ポンプを前面側に移動させる。次いで、カップリングカバーを一体ケーシングから前面側へ移動させる。カップリング２３部及び主潤滑油ポンプ２４が軸方向前面側に移動させられたら、上ケーシングを取り外す。このように、潤滑油配管をも取り外さなければならず、作業工程が著しく増大していた。

本実施例によれば、主潤滑油ポンプ２４を下ケーシング１２に取り付けたまま、カップリング２３を解除することができるので、羽根車取り出すために出力軸、延いては入力軸も下ケーシング１２から取り出すときに、その取り出し作業が容易になる。なお、上記構成としたことにより、従来はカップリング２３部に潤滑油が侵入するのを防止するためにカップリングカバーとともに潤滑油シール手段を設けていたが、本実施例ではカップリング部に潤滑油の侵入を許容している。

すなわち図３に示すように、潤滑油供給路３５から供給された潤滑油は、複合軸受４１,４２を潤滑したのち、その一部がカップリング２３側に侵入する。しかし、下ケーシング１２の延在部２ｂの下部に溜まったものは排油路３６から増速機部２に流れ込み、モータ３下部に設けたオイルタンクへと流出するので、潤滑油の漏洩の恐れはない。

次に、メインテナンス時の作業手順を説明する。図５に、メインテナンス時の作業方法をフローチャートで示す。主潤滑油ポンプ２４を一体ケーシング１０に取り付けている複数本のボルトのうち、上ケーシング１１にねじ込まれたボルトだけを取り外す（ステップ５１）。上ケーシング１１を上方に移動させて、フランジ面２ｆを開口部として、図２に示すように増速機部を開ける（ステップ５２）
主潤滑油ポンプのカップリング２３（２３ａ，２３ｂ）の係合を外す（ステップ５３）。ブルギヤ２０とピニオン２１、２２とのかみ合いを外し、ブルギヤ２０と入力軸６とを取り出す（ステップ５４）。初段羽根車１ａを出力軸７から取り外す（ステップ５５）。出力軸７とピニオン２１の組を２段羽根車１ｂ側へ移動させて取り外す（ステップ５６）。このとき２段羽根車１ｂはまだ出力軸７に取り付けられたままである。

２段羽根車１ｂを出力軸７から取り外す。同様に、３段羽根車１ｃを取り外す（ステップ５７）。羽根車単体を検査し、羽根車の交換が必要か、修理が必要か、その他クリーニング等が必要かをチェックする（ステップ５８）。羽根車単体の保守作業が終了したら、バランスとり作業を実施する（ステップ５９）。再度分解して、実際の組立作業を実行する。すなわち、下ケーシング１２に入力軸６および出力軸７、８、羽根車１ａ〜１ｃ、ブルギヤ２０、ピニオン２１、２２を組み込む（ステップ６０）。カップリング２３（２３ａ，２３ｂ）を締結する(ステップ６１)。上ケーシング１１を下ケーシング１２にフランジ面２ｆで当接させボルト締めし、ついでフランジ面２ａで上ケーシング１１と主潤滑油ポンプ２４とを締結する（ステップ６２）。

なお上記実施例の説明において、一体ケーシングは、鋳物一体ケーシングであり、少なくとも各段圧縮機の吐出流路と歯車増速機部と各クーラケーシングとが継ぎ目なしに一体化されたものである。この一体ケーシングにおいて、オイルタンクも鋳物で一体化されていれば、より組立が容易になる。

１ａ〜１ｃ…羽根車、２…、増速機部、３…原動機（モータ）、４…制御部（制御盤）、５…カップリング、６…入力軸、７、８…出力軸、１０…一体ケーシング、１１…上ケーシング、１２…下ケーシング、１３ａ、１３ｂ…インタークーラ、１３ｃ…アフタークーラ、１４…初段吸込みケーシング、１５…クーラ部、１５ａ〜１５ｃ…ケーシング、１６ａ…初段ケーシング、１６ｂ…２段ケーシング、１６ｃ…３段ケーシング、１８…熱交換器ネスト、２０…ブルギヤ、２１、２２…ピニオン、２３…カップリング、２４…主潤滑油ポンプ、２５…フランジ、２７…ボルト、３０…冷却水配管、３１…戻り水配管、３２…潤滑油配管、３４…接続配管、３５…潤滑油供給路、３６…排油路、４１、４２…複合軸受、４３〜４６…ラジアル軸受、１００…多段遠心圧縮機。

Claims (4)

1. 原動機と、この原動機で駆動されブルギアが取り付けられた入力軸と、この入力軸に平行に配置され軸方向中間部にピニオンが形成された２本の出力軸と、これら２本の出力軸の少なくとも３個の軸端に取り付けられた遠心羽根車と、前記ブルギア及びピニオンを収納する歯車増速機部と前記遠心羽根車で圧縮された高温の作動ガスを冷却するクーラ部とが一体化された一体ケーシングと、この一体ケーシングの上面を覆う上ケーシングとを備えた多段遠心圧縮機において、前記一体ケーシングの歯車増速機部であって前記ブルギアが収容される部分を軸方向に延在し、この延在部の端面にこの多段遠心圧縮機の潤滑油ポンプを着脱自在に取り付けたことを特徴とする多段遠心圧縮機。
2. 前記上ケーシングと前記一体ケーシングは、前記入力軸の中心線及び前記２本の出力軸の中心線を含む水平面でボルトにより結合される水平面分割形状であることを特徴とする請求項１に記載の多段遠心圧縮機。
3. 前記上ケーシングは前記延在部の端面と軸方向同じ位置に端面を有し、この端面に前記潤滑油ポンプを着脱自在に取り付け、前記上ケーシングと前記一体ケーシングと前記潤滑油ポンプとが形成する空間内に、前記潤滑油ポンプと前記入力軸とを接続するカップリングを収納したことを特徴とする請求項２に記載の多段遠心圧縮機。
4. 前記一体ケーシングの増速機部の下部に形成される油溜まり部へ、前記上ケーシングと前記一体ケーシングと前記潤滑油ポンプとが形成する空間から潤滑油を戻す流路を設けて、前記空間に前記ブルギア側から前記カップリング側へ漏れる潤滑油のシールを不要としたことを特徴とする請求項３に記載の多段遠心圧縮機。

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