JP6137983B2 - Multistage centrifugal compressor - Google Patents

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Description

本発明は、多段遠心圧縮機に関し、特に、原動機により駆動されブルギヤが設けられる入力軸と、ブルギヤに噛み合うピニオンが設けられる一つ以上の出力軸と、を備える多段型の遠心圧縮機に関する。   The present invention relates to a multistage centrifugal compressor, and more particularly to a multistage centrifugal compressor including an input shaft that is driven by a prime mover and provided with a bull gear, and one or more output shafts that are provided with pinions that mesh with the bull gear.

本技術分野の背景技術として、特開2008−231933号公報(特許文献1)がある。この公報には、「外部駆動装置(原動機)により回転駆動される大歯車(ブルギヤ)12と、大歯車と歯合し高速回転する小歯車(ピニオン)14と、小歯車軸(出力軸)13に固定されその軸心を中心に高速回転する羽根車16と、小歯車軸に固定され大歯車の側面を摺動可能に支持し小歯車軸のスラスト力を大歯車に伝達するスラストカラー18と、大歯車軸(入力軸)に作用するスラスト力を支持するスラスト軸受20と、スラスト軸受20で支持された小歯車軸13が所定の閾値を超えて軸移動するときにその軸移動を制限するスラスト方向移動量制限器30とを備える」歯車駆動ターボ圧縮機が開示されている(要約参照)。   As a background art in this technical field, there is JP 2008-231933 A (Patent Document 1). This publication states that “a large gear (bull gear) 12 that is rotationally driven by an external drive device (prime motor), a small gear (pinion) 14 that meshes with the large gear and rotates at high speed, and a small gear shaft (output shaft) 13. An impeller 16 fixed to the shaft and rotating at high speed around its axis, and a thrust collar 18 fixed to the small gear shaft and slidably supported on the side surface of the large gear and transmitting the thrust force of the small gear shaft to the large gear. When the thrust bearing 20 that supports the thrust force acting on the large gear shaft (input shaft) and the small gear shaft 13 supported by the thrust bearing 20 are moved over a predetermined threshold, the shaft movement is limited. A gear-driven turbocompressor comprising a thrust direction travel limiter 30 is disclosed (see summary).

また、前記公報には、「大歯車軸11のスラスト軸受20で支持された小歯車軸13が所定の閾値aを超えて軸移動するときにその軸移動を制限するスラスト方向移動量制限器30を備えるので、正常な運転時には、大歯車軸11のスラスト軸受20により小歯車軸13の軸移動は所定の閾値a以下であり、スラスト方向移動量制限器30は機能せず、所定の閾値aを超える過大な軸移動が発生した場合だけ機能してその軸移動を制限する。従って、大歯車軸11に過大な軸移動が発生した場合に、羽根車16とケーシングとの過大接触を本質的に回避することができる。」と記載されている(段落[0031]、[0032]参照)。   Further, the publication discloses that “a thrust direction movement amount limiter 30 that restricts the shaft movement when the small gear shaft 13 supported by the thrust bearing 20 of the large gear shaft 11 exceeds the predetermined threshold value a. Therefore, during normal operation, the axial movement of the small gear shaft 13 by the thrust bearing 20 of the large gear shaft 11 is not more than a predetermined threshold value a, the thrust direction movement amount limiter 30 does not function, and the predetermined threshold value a This function is limited only when an excessive shaft movement exceeding the limit occurs, and thus the shaft movement is limited, so that an excessive contact between the impeller 16 and the casing is essential when an excessive shaft movement occurs on the large gear shaft 11. Can be avoided ”(see paragraphs [0031] and [0032]).

特開2008−231933号公報JP 2008-231933 A

しかしながら、特許文献1に記載の多段遠心圧縮機は、出力軸である小歯車軸のスラスト方向(軸方向)への移動量を制限することに着目しており、出力軸に発生するスラスト荷重(スラスト方向の荷重)を減少させることについては考慮していない。   However, the multistage centrifugal compressor described in Patent Document 1 focuses on limiting the amount of movement of the small gear shaft, which is the output shaft, in the thrust direction (axial direction), and the thrust load generated on the output shaft ( It does not consider reducing the load in the thrust direction.

このため、特許文献1に記載の多段遠心圧縮機は、出力軸に発生するスラスト荷重によって、摺動部における摩擦損失による圧縮機の効率の低下や、圧縮機の機械的信頼性の低下を招くおそれがある。   For this reason, the multistage centrifugal compressor described in Patent Document 1 causes a reduction in the efficiency of the compressor due to friction loss in the sliding portion and a reduction in the mechanical reliability of the compressor due to the thrust load generated in the output shaft. There is a fear.

本発明は前記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、出力軸に発生するスラスト荷重を低減して、高効率で機械的信頼性の高い多段遠心圧縮機を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a multi-stage centrifugal compressor having high efficiency and high mechanical reliability by reducing the thrust load generated on the output shaft. .

前記した目的を達成するために、本発明に係る多段遠心圧縮機は、原動機により駆動される入力軸と、前記入力軸に設けられるブルギヤと、前記ブルギヤに噛み合うピニオンと、前記ピニオンが設けられる出力軸と、前記出力軸の一端に設けられる第1の遠心羽根車と、前記出力軸の他端に設けられ、前記第1の遠心羽根車よりも流体の流れの下流段側に位置する第2の遠心羽根車と、前記ブルギヤに噛み合う第2のピニオンと、前記第2のピニオンが設けられる第2の出力軸と、前記第2の出力軸に設けられ、前記第2の遠心羽根車の流体の流れの最下流段側に位置する第3の遠心羽根車と、を備え、前記第1の遠心羽根車の外径は、前記第2の遠心羽根車の外径よりも大きく設定されており、前記第3の遠心羽根車は、前記第2の出力軸の軸方向において前記第2の遠心羽根車とは反対側の端部に設けられており、前記ブルギヤ、前記ピニオン、および前記第2のピニオンは、はすば歯車であり、前記ピニオンに軸方向に作用するギヤ荷重が、前記第2の遠心羽根車に軸方向に作用する流体荷重と同じ方向となり、かつ、前記第2のピニオンに軸方向に作用するギヤ荷重が、前記第3の遠心羽根車に軸方向に作用する流体荷重と反対方向となるように、前記はすば歯車のねじれ方向が設定されており、前記第3の遠心羽根車に軸方向に作用する流体荷重が、前記第2の遠心羽根車に軸方向に作用する流体荷重と反対方向とされていることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a multistage centrifugal compressor according to the present invention includes an input shaft driven by a prime mover, a bull gear provided on the input shaft, a pinion meshing with the bull gear, and an output provided with the pinion. A shaft, a first centrifugal impeller provided at one end of the output shaft, and a second centrifugal wheel provided at the other end of the output shaft and positioned on the downstream side of the fluid flow with respect to the first centrifugal impeller. A centrifugal impeller, a second pinion meshing with the bull gear, a second output shaft provided with the second pinion, and a fluid of the second centrifugal impeller provided on the second output shaft comprising of a third centrifugal impeller located downstream stage side of the flow, the outer diameter of the first centrifugal impeller is set larger than the outer diameter of the second centrifugal impeller The third centrifugal impeller includes the second output shaft. The bull gear, the pinion, and the second pinion are helical gears that are provided on the end opposite to the second centrifugal impeller in the axial direction, and are axially connected to the pinion. The gear load acting on the second centrifugal impeller is the same direction as the fluid load acting on the second centrifugal impeller in the axial direction, and the gear load acting on the second pinion axially is the third centrifugal impeller. The helical gear is twisted in the direction opposite to the fluid load acting in the axial direction, and the fluid load acting in the axial direction on the third centrifugal impeller is the second The centrifugal impeller has a direction opposite to the fluid load acting in the axial direction .

本発明によれば、出力軸に発生するスラスト荷重を低減して、高効率で機械的信頼性の高い多段遠心圧縮機を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a multistage centrifugal compressor with high efficiency and high mechanical reliability by reducing the thrust load generated on the output shaft.

本発明の第1実施形態に係る多段遠心圧縮機の概略構成を示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing a schematic structure of a multistage centrifugal compressor concerning a 1st embodiment of the present invention. 1段目の遠心羽根車にスラスト方向に作用する流体荷重を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the fluid load which acts on the centrifugal impeller of the 1st stage in a thrust direction. 1段目の遠心羽根車および2段目の遠心羽根車により出力軸に発生するスラスト方向の流体荷重を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the fluid load of the thrust direction which generate | occur | produces in an output shaft with the 1st stage | paragraph centrifugal impeller and the 2nd stage | paragraph centrifugal impeller. ブルギヤとピニオンとの噛み合いによってスラスト方向に作用するギヤ荷重を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the gear load which acts on a thrust direction by meshing | engagement of a bull gear and a pinion. 第1実施形態に係る多段遠心圧縮機を模式的に示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing typically the multi stage centrifugal compressor concerning a 1st embodiment. 1段目の遠心羽根車の外径に対する2段目の遠心羽根車の外径の割合と1段目の遠心羽根車の出口部における羽根根元に発生する応力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ratio of the outer diameter of the 2nd stage | paragraph centrifugal impeller with respect to the outer diameter of the 1st stage | paragraph centrifugal impeller, and the stress which generate | occur | produces in the blade root in the exit part of a 1st stage | paragraph centrifugal impeller. 第2実施形態に係る多段遠心圧縮機を模式的に示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing typically the multi stage centrifugal compressor concerning a 2nd embodiment. 第3実施形態に係る多段遠心圧縮機を模式的に示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing typically the multi stage centrifugal compressor concerning a 3rd embodiment. 第4実施形態に係る多段遠心圧縮機を模式的に示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing typically the multi stage centrifugal compressor concerning a 4th embodiment. 第5実施形態に係る多段遠心圧縮機を模式的に示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing typically the multistage centrifugal compressor concerning a 5th embodiment. 第6実施形態に係る多段遠心圧縮機を模式的に示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing typically the multistage centrifugal compressor concerning a 6th embodiment.

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す図面において、同一の部材または相当する部材には同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
Note that, in the drawings shown below, the same members or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as appropriate. In addition, the size and shape of the member may be schematically represented by being modified or exaggerated for convenience of explanation.

〔第1実施形態〕
まず、図1〜図6を参照しながら本発明の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る多段遠心圧縮機の概略構成を示す水平断面図である。
[First Embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a horizontal sectional view showing a schematic configuration of the multistage centrifugal compressor according to the first embodiment of the present invention.

図1に示す多段遠心圧縮機は、原動機(図示せず)と、該原動機の回転駆動力を伝達する増速機部100と、流体(ガス)を段階的に圧縮する1段目から3段目の圧縮機部1〜3と、圧縮され高温になった流体(ガス)を冷却する冷却装置(図示せず)と、統括的な制御を行う制御部(図示せず)とを有している。   The multistage centrifugal compressor shown in FIG. 1 includes a prime mover (not shown), a speed increasing unit 100 that transmits the rotational driving force of the prime mover, and a first stage to a third stage that compress a fluid (gas) in stages. The compressor units 1 to 3 of the eyes, a cooling device (not shown) for cooling the compressed fluid (gas), and a control unit (not shown) for overall control are provided. Yes.

原動機の回転軸(図示せず)には、カップリング(図示せず)を介して増速機部100の入力軸4が接続される。入力軸4には、大歯車であるブルギヤ20が取り付けられている。ブルギヤ20には、2個の小歯車であるピニオン21とピニオン22(第2のピニオン)とが噛み合っている。ブルギヤ20とピニオン21,22は、ここでは、振動や騒音の低減の観点から、平歯車よりも噛み合い率の大きいはすば歯車が使用されている。   The input shaft 4 of the gearbox 100 is connected to a rotating shaft (not shown) of the prime mover via a coupling (not shown). A bull gear 20 that is a large gear is attached to the input shaft 4. A pinion 21 and a pinion 22 (second pinion), which are two small gears, mesh with the bull gear 20. Here, for the bull gear 20 and the pinions 21 and 22, helical gears having a larger meshing ratio than the spur gear are used from the viewpoint of reducing vibration and noise.

ピニオン21は出力軸5と、ピニオン22は出力軸6(第2の出力軸)と、それぞれ一体に形成されている。入力軸4と2本の出力軸5,6とは、それぞれ互いに平行に配置されている。なお、各ピニオン21,22を出力軸5,6と別体に作成し、それらを出力軸5,6にそれぞれ固定するようにして設けてもよい。2本の出力軸5,6には、略円筒形状のスラストカラー66〜69が焼嵌されて固定されている。   The pinion 21 and the output shaft 6 (second output shaft) are integrally formed with the output shaft 5 and the output shaft 6 (second output shaft), respectively. The input shaft 4 and the two output shafts 5 and 6 are arranged in parallel to each other. The pinions 21 and 22 may be provided separately from the output shafts 5 and 6 and fixed to the output shafts 5 and 6, respectively. On the two output shafts 5 and 6, substantially cylindrical thrust collars 66 to 69 are fixed by being shrink-fitted.

入力軸4、2本の出力軸5,6、ブルギヤ20、ピニオン21、22、およびスラストカラー66〜69は、増速機部100の構成要素であり、ケーシング101に収容されている。ケーシング101は、水平面分割構造であり、入力軸4および出力軸5、6の中心軸を含む水平面にほぼ等しい面で、上ケーシングと下ケーシングとに分かれる。上ケーシングと下ケーシングとは、ボルト(図示せず)を用いて結合される。   The input shaft 4, the two output shafts 5 and 6, the bull gear 20, the pinions 21 and 22, and the thrust collars 66 to 69 are components of the speed increasing unit 100 and are accommodated in the casing 101. The casing 101 has a horizontal plane division structure, and is divided into an upper casing and a lower casing on a plane substantially equal to a horizontal plane including the central axes of the input shaft 4 and the output shafts 5 and 6. The upper casing and the lower casing are coupled using bolts (not shown).

入力軸4およびブルギヤ20は、ケーシング101に保持された複合軸受60,61により回転可能に支持されている。複合軸受60,61は、ラジアル方向(半径方向)の荷重(ラジアル荷重)およびスラスト方向(軸方向)の荷重(スラスト荷重)を受けて支持する軸受である。   The input shaft 4 and the bull gear 20 are rotatably supported by compound bearings 60 and 61 held by the casing 101. The composite bearings 60 and 61 are bearings that receive and support a load in the radial direction (radial direction) (radial load) and a load in the thrust direction (axial direction) (thrust load).

一方、ピニオン21,22がそれぞれ設けられた2本の出力軸5,6は、ケーシング101に保持されたラジアル軸受62〜65により回転可能に支持されている。なお、出力軸5,6で発生するスラスト荷重は、ブルギヤ20をギャップ71,72(図5参照)を介して挟むように構成されたスラストカラー66〜69により受けられて支持される。   On the other hand, the two output shafts 5 and 6 provided with the pinions 21 and 22 are rotatably supported by radial bearings 62 to 65 held by the casing 101. The thrust load generated in the output shafts 5 and 6 is received and supported by thrust collars 66 to 69 configured to sandwich the bull gear 20 via gaps 71 and 72 (see FIG. 5).

複合軸受60,61、ラジアル軸受62〜65、スラストカラー66〜69、ブルギヤ20、およびピニオン21,22等を潤滑するために、潤滑油系統(図示せず)から潤滑油が供給される。複合軸受60,61、ラジアル軸受62〜65、スラストカラー66〜69、ブルギヤ20、およびピニオン21,22等を潤滑するために使用された潤滑油は、原動機の下部に設けられたオイルタンク(図示せず)に戻される。   Lubricating oil is supplied from a lubricating oil system (not shown) to lubricate the composite bearings 60, 61, radial bearings 62-65, thrust collars 66-69, bull gear 20, and pinions 21, 22. Lubricating oil used to lubricate the composite bearings 60, 61, radial bearings 62-65, thrust collars 66-69, bull gear 20, pinions 21, 22 and the like is an oil tank (see FIG. (Not shown).

入力軸4およびブルギヤ20と複合軸受60,61とのスラスト方向の摺動面におけるギャップ70(図5参照)は、例えば0.2mm程度である。多段遠心圧縮機の定常運転時は、複合軸受60または複合軸受61のいずれか一方がブルギヤ20の摺動面と接触しており、他方の複合軸受とブルギヤ20の摺動面とはギャップを保っている。ただし、多段遠心圧縮機の起動・停止時や、多段遠心圧縮機がサージングと呼ばれる小流量域での運転限界範囲を超えて運転される場合には、ブルギヤ20と接触摺動する複合軸受は、その時の運転状態により異なる。   A gap 70 (see FIG. 5) on the sliding surface in the thrust direction between the input shaft 4 and the bull gear 20 and the composite bearings 60 and 61 is, for example, about 0.2 mm. During steady operation of the multistage centrifugal compressor, either the composite bearing 60 or the composite bearing 61 is in contact with the sliding surface of the bull gear 20, and the other composite bearing and the sliding surface of the bull gear 20 maintain a gap. ing. However, when the multistage centrifugal compressor is started and stopped, or when the multistage centrifugal compressor is operated beyond the operating limit range in a small flow rate region called surging, the compound bearing that slides in contact with the bull gear 20 is: It depends on the operating condition at that time.

出力軸5,6およびピニオン21,22は、ラジアル軸受62〜65によってラジアル方向に支持されている。一方、出力軸5,6およびピニオン21,22のスラスト方向の支持は、ブルギヤ20をギャップ71,72(図5参照)を介して挟むように構成されたスラストカラー66〜69によって行われる。   The output shafts 5 and 6 and the pinions 21 and 22 are supported in the radial direction by radial bearings 62 to 65. On the other hand, support of the output shafts 5 and 6 and the pinions 21 and 22 in the thrust direction is performed by thrust collars 66 to 69 configured to sandwich the bull gear 20 via gaps 71 and 72 (see FIG. 5).

スラストカラー66と67は、ギャップ71(図5参照)を介してブルギヤ20を挟むように出力軸5に焼嵌めされており、それぞれの軸方向内側に位置する摺動面でブルギヤ20と接触する構造となっている。スラストカラー66の摺動面とスラストカラー67の摺動面との間の面間距離は、ブルギヤ20の両摺動面の間の面間距離よりも例えば0.2mm程度大きい。すなわち、ブルギヤ20とスラストカラー66,67とのスラスト方向の摺動面におけるギャップ71(図5参照)は、例えば0.2mm程度である。多段遠心圧縮機の定常運転時は、スラストカラー66またはスラストカラー67のいずれか一方がブルギヤ20の摺動面と接触しており、他方のスラストカラーの摺動面とブルギヤ20の摺動面とはギャップを保っている。また、スラストカラー66,67は、ケーシング101とは、2〜3mm程度のギャップを保っており接触することはない。なお、出力軸6に固定されたスラストカラー68,69については、出力軸5に固定されたスラストカラー66,67と同様の構造であるため、説明を省略する。   The thrust collars 66 and 67 are shrink-fitted on the output shaft 5 so as to sandwich the bull gear 20 through the gap 71 (see FIG. 5), and contact the bull gear 20 on the sliding surfaces located on the inner sides in the axial direction. It has a structure. The inter-surface distance between the sliding surface of the thrust collar 66 and the sliding surface of the thrust collar 67 is, for example, about 0.2 mm larger than the inter-surface distance between both sliding surfaces of the bull gear 20. That is, the gap 71 (see FIG. 5) on the sliding surface in the thrust direction between the bull gear 20 and the thrust collars 66 and 67 is, for example, about 0.2 mm. During steady operation of the multistage centrifugal compressor, either the thrust collar 66 or the thrust collar 67 is in contact with the sliding surface of the bull gear 20, and the sliding surface of the other thrust collar and the sliding surface of the bull gear 20 are in contact with each other. Keeps the gap. In addition, the thrust collars 66 and 67 maintain a gap of about 2 to 3 mm with the casing 101 and do not come into contact therewith. Note that the thrust collars 68 and 69 fixed to the output shaft 6 have the same structure as the thrust collars 66 and 67 fixed to the output shaft 5, and thus description thereof is omitted.

前記したように、本実施形態に係る多段遠心圧縮機は、原動機により駆動される入力軸4と、入力軸4に設けられるブルギヤ20と、ブルギヤ20に噛み合うピニオン21,22と、ピニオン21,22がそれぞれ設けられる出力軸5,6とを備えている。そして、 出力軸5の一端には、1段目の遠心羽根車(第1の遠心羽根車)11が設けられ、出力軸5の他端には、1段目の遠心羽根車11よりも流体の流れの下流段側に位置する2段目の遠心羽根車(第2の遠心羽根車)12が設けられている。また、出力軸6の一端には、流体の流れの最下流段側に位置する3段目の遠心羽根車13が設けられている。   As described above, the multistage centrifugal compressor according to this embodiment includes the input shaft 4 driven by the prime mover, the bull gear 20 provided on the input shaft 4, the pinions 21 and 22 meshing with the bull gear 20, and the pinions 21 and 22. Are provided with output shafts 5 and 6, respectively. A first-stage centrifugal impeller (first centrifugal impeller) 11 is provided at one end of the output shaft 5, and the fluid is more fluid than the first-stage centrifugal impeller 11 at the other end of the output shaft 5. A second-stage centrifugal impeller (second centrifugal impeller) 12 is provided on the downstream side of the flow of. Further, a third-stage centrifugal impeller 13 is provided at one end of the output shaft 6 and is located on the most downstream stage side of the fluid flow.

図2は、1段目の遠心羽根車11にスラスト方向に作用する流体荷重(流体力)を説明するための模式図である。   FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a fluid load (fluid force) acting on the first stage centrifugal impeller 11 in the thrust direction.

図2に示すように、1段目の遠心羽根車11が出力軸5の先端に備えられている。シュラウドケーシング111が遠心羽根車11の外側を覆っており、ケーシング101が遠心羽根車11の背面16を覆っている。また、ケーシング101と出力軸5との間には、圧縮流体が圧縮機外に漏れることを防止する軸封装置15が設置されている。   As shown in FIG. 2, a first stage centrifugal impeller 11 is provided at the tip of the output shaft 5. The shroud casing 111 covers the outside of the centrifugal impeller 11, and the casing 101 covers the back surface 16 of the centrifugal impeller 11. A shaft sealing device 15 is installed between the casing 101 and the output shaft 5 to prevent the compressed fluid from leaking outside the compressor.

圧縮機内の流体の圧力は、遠心羽根車11により昇圧されるため、遠心羽根車11の上流側よりも下流側の方が高い。また、遠心羽根車11の背面16に作用する流体の圧力P1は、遠心羽根車11の下流側の圧力とほぼ同じである。そのため、遠心羽根車11にスラスト方向に作用する流体荷重は、遠心羽根車11の背面16に作用する圧縮流体の圧力P1が支配的な要因となって生じる。したがって、遠心羽根車11が備えられた出力軸5には、遠心羽根車11の上流側の流体の流れ方向Aとは逆方向に、遠心羽根車11によるスラスト方向の流体荷重Fiが発生する。図2中の符号Bは、遠心羽根車11の下流側の流体の流れ方向を示す。なお、2段目の遠心羽根車12および3段目の遠心羽根車13のそれぞれにスラスト方向に作用する流体荷重については、1段目の遠心羽根車11と同様の原理により生じるため、説明を省略する。   Since the pressure of the fluid in the compressor is increased by the centrifugal impeller 11, the pressure on the downstream side is higher than the upstream side of the centrifugal impeller 11. Further, the pressure P1 of the fluid acting on the back surface 16 of the centrifugal impeller 11 is substantially the same as the pressure on the downstream side of the centrifugal impeller 11. Therefore, the fluid load acting on the centrifugal impeller 11 in the thrust direction is caused by the pressure P1 of the compressed fluid acting on the back surface 16 of the centrifugal impeller 11 being a dominant factor. Therefore, a fluid load Fi in the thrust direction by the centrifugal impeller 11 is generated on the output shaft 5 provided with the centrifugal impeller 11 in the direction opposite to the fluid flow direction A on the upstream side of the centrifugal impeller 11. A symbol B in FIG. 2 indicates the flow direction of the fluid on the downstream side of the centrifugal impeller 11. The fluid load acting in the thrust direction on each of the second-stage centrifugal impeller 12 and the third-stage centrifugal impeller 13 is caused by the same principle as the first-stage centrifugal impeller 11, and therefore will be described. Omitted.

図3は、1段目の遠心羽根車11および2段目の遠心羽根車12により出力軸5に発生するスラスト方向の流体荷重を説明するための模式図である。なお、図3において、ピニオン21等の図示は省略してある。   FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the fluid load in the thrust direction generated on the output shaft 5 by the first stage centrifugal impeller 11 and the second stage centrifugal impeller 12. In FIG. 3, the pinion 21 and the like are not shown.

図3に示すように、出力軸5の一端に1段目の遠心羽根車11が備えられており、出力軸5の他端に2段目の遠心羽根車12が備えられている。この場合、遠心羽根車11の背面16に圧縮流体の圧力P1が作用し、遠心羽根車12の背面17に圧縮流体の圧力P2が作用する。ここで、上流段側の遠心羽根車11の背面16に作用する圧縮流体の圧力P1よりも、下流段側の遠心羽根車12の背面17に作用する圧縮流体の圧力P2の方が高い。これは、上流段側の遠心羽根車11で圧縮された流体が、下流段側の遠心羽根車12でさらに昇圧されるためである。ただし、上流段側の遠心羽根車11で圧縮された流体が、図示しない別の遠心羽根車で昇圧され、さらに下流段側の遠心羽根車12で昇圧されるように構成されることも可能である。これにより、出力軸5全体に発生するスラスト方向の流体荷重Fi1は、上流段側の遠心羽根車11から下流段側の遠心羽根車12への方向に発生する。   As shown in FIG. 3, a first stage centrifugal impeller 11 is provided at one end of the output shaft 5, and a second stage centrifugal impeller 12 is provided at the other end of the output shaft 5. In this case, the pressure P1 of the compressed fluid acts on the back surface 16 of the centrifugal impeller 11, and the pressure P2 of the compressed fluid acts on the back surface 17 of the centrifugal impeller 12. Here, the pressure P2 of the compressed fluid acting on the back surface 17 of the downstream centrifugal impeller 12 is higher than the pressure P1 of the compressed fluid acting on the rear surface 16 of the upstream centrifugal impeller 11. This is because the fluid compressed by the centrifugal impeller 11 on the upstream stage side is further pressurized by the centrifugal impeller 12 on the downstream stage side. However, the fluid compressed by the centrifugal impeller 11 on the upstream stage side can be boosted by another centrifugal impeller (not shown) and further boosted by the centrifugal impeller 12 on the downstream stage side. is there. Thereby, the fluid load Fi1 in the thrust direction generated in the entire output shaft 5 is generated in the direction from the centrifugal impeller 11 on the upstream stage side to the centrifugal impeller 12 on the downstream stage side.

図4は、ブルギヤ20とピニオン21との噛み合いによってスラスト方向に作用するギヤ荷重(ギヤ力)を説明するための模式図である。   FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a gear load (gear force) acting in the thrust direction due to the engagement of the bull gear 20 and the pinion 21.

図4は、入力軸4に設けられるブルギヤ20と出力軸5に設けられるピニオン21とが、図中の太線で示す部分40で噛み合っている様子を上から見た図となっている。ブルギヤ20は、ここでは、図中の矢印で示すように反原動機側から見て時計回りに回転する。また、図4に示すように、後記する理由から、ブルギヤ20は回転中心となる軸を天地方向に向けて側方から見た場合に歯が左上がりに傾斜している左ねじれのはすば歯車であり、ピニオン21は回転中心となる軸を天地方向に向けて側方から見た場合に歯が右上がりに傾斜している右ねじれのはすば歯車である。したがって、ピニオン21は、ブルギヤ20から右方向へのスラスト方向のギヤ荷重Fp1を受ける。その反作用として、ブルギヤ20は、ピニオン21から左方向へのスラスト方向のギヤ荷重Fbを受ける。なお、ブルギヤ20とピニオン22との噛み合いによってスラスト方向に作用するギヤ荷重については、ブルギヤ20とピニオン21との噛み合いによるギヤ荷重と同様の原理により生じるため、説明を省略する。   FIG. 4 is a top view of how the bull gear 20 provided on the input shaft 4 and the pinion 21 provided on the output shaft 5 are engaged with each other at a portion 40 indicated by a thick line in the drawing. Here, the bull gear 20 rotates clockwise as seen from the anti-motive motor side as indicated by an arrow in the figure. Also, as shown in FIG. 4, for the reasons described later, the bull gear 20 has a left-handed helical shape whose teeth are inclined upward when viewed from the side with the axis serving as the center of rotation facing the top-to-bottom direction. The pinion 21 is a right-handed helical gear whose teeth are inclined upward when viewed from the side with the axis serving as the center of rotation directed in the vertical direction. Therefore, the pinion 21 receives the gear load Fp1 in the thrust direction from the bull gear 20 to the right. As a reaction, the bull gear 20 receives a gear load Fb in the thrust direction from the pinion 21 in the left direction. The gear load acting in the thrust direction due to the engagement between the bull gear 20 and the pinion 22 is generated by the same principle as the gear load due to the engagement between the bull gear 20 and the pinion 21, and the description thereof is omitted.

図5は、第1実施形態に係る多段遠心圧縮機を模式的に示す水平断面図である。   FIG. 5 is a horizontal sectional view schematically showing the multistage centrifugal compressor according to the first embodiment.

図5においては、増速機部100におけるケーシング101、入力軸4、ブルギヤ20、複合軸受60,61、出力軸5,6、ピニオン21,22、スラストカラー66〜69、および遠心羽根車11〜13のみを図示しており、説明の便宜上、ラジアル軸受62〜65や軸封装置15等は図示を省略している。また、複合軸受60,61は、スラスト方向の荷重を受ける部分のみを図示しており、ラジアル方向の荷重を受ける部分は図示を省略している。   In FIG. 5, the casing 101, the input shaft 4, the bull gear 20, the composite bearings 60 and 61, the output shafts 5 and 6, the pinions 21 and 22, the thrust collars 66 to 69, and the centrifugal impellers 11 to 100 in the speed increasing unit 100. Only the number 13 is illustrated, and the radial bearings 62 to 65, the shaft seal device 15 and the like are not illustrated for convenience of explanation. Further, the compound bearings 60 and 61 show only a portion that receives a load in the thrust direction, and a portion that receives a load in the radial direction is omitted.

本実施形態では、2本の出力軸5,6のうちの一方の出力軸5の両端に、それぞれ1段目と2段目の遠心羽根車11,12が備えられている。そして、出力軸5、ピニオン21、スラストカラー66,67、および遠心羽根車11,12は、低圧段ピニオン軸80を形成している。他方の出力軸6の一端に、3段目の遠心羽根車13が備えられている。そして、出力軸6、ピニオン22、スラストカラー68,69、および遠心羽根車13は、高圧段ピニオン軸81を形成している。なお、図5では、多段遠心圧縮機の作動状態を理解しやすくするため、入力軸4およびブルギヤ20と複合軸受60,61との間のスラスト方向のギャップ70、ブルギヤ20とスラストカラー66,67との間のスラスト方向のギャップ71、およびブルギヤ20とスラストカラー68,69との間のスラスト方向のギャップ72は、誇張して拡大して示している。   In the present embodiment, first and second-stage centrifugal impellers 11 and 12 are provided at both ends of one of the two output shafts 5 and 6, respectively. The output shaft 5, the pinion 21, the thrust collars 66 and 67, and the centrifugal impellers 11 and 12 form a low-pressure stage pinion shaft 80. A third-stage centrifugal impeller 13 is provided at one end of the other output shaft 6. The output shaft 6, the pinion 22, the thrust collars 68 and 69, and the centrifugal impeller 13 form a high-pressure stage pinion shaft 81. In FIG. 5, in order to facilitate understanding of the operating state of the multistage centrifugal compressor, the thrust shaft gap 70 between the input shaft 4 and the bull gear 20 and the composite bearings 60 and 61, the bull gear 20 and the thrust collars 66 and 67. The thrust direction gap 71 between them and the thrust direction gap 72 between the bull gear 20 and the thrust collars 68, 69 are exaggerated and enlarged.

高圧段ピニオン軸81に発生するスラスト方向の流体荷重Fi2の方が、低圧段ピニオン軸80に発生するスラスト方向の流体荷重Fi1よりも大きい。これは、低圧段ピニオン軸80に発生するスラスト方向の流体荷重Fi1は、1段目の遠心羽根車11の背面16に作用する圧力P1(図3参照)と2段目の遠心羽根車12の背面17に作用する圧力P2(図3参照)の向きが反対方向であり、互いに相殺するためである。また、3段目の遠心羽根車13の背面に作用する圧力が、1段目と2段目の遠心羽根車11,12の背面16,17に作用する圧力P1,P2よりも高いためである。そのため、多段遠心圧縮機のブルギヤ20とピニオン21,22のはすば歯車のねじれ方向は、高圧段ピニオン軸81に発生するスラスト荷重を小さくすることを第一に考えて設定されている。   The thrust-direction fluid load Fi2 generated on the high-pressure stage pinion shaft 81 is larger than the thrust-direction fluid load Fi1 generated on the low-pressure stage pinion shaft 80. This is because the thrust-direction fluid load Fi1 generated in the low-pressure stage pinion shaft 80 is equal to the pressure P1 (see FIG. 3) acting on the back surface 16 of the first stage centrifugal impeller 11 and the second stage centrifugal impeller 12. This is because the direction of the pressure P2 (see FIG. 3) acting on the back surface 17 is the opposite direction and cancels each other. Further, the pressure acting on the back surface of the third stage centrifugal impeller 13 is higher than the pressures P1 and P2 acting on the back surfaces 16 and 17 of the first and second stage centrifugal impellers 11 and 12. . Therefore, the helical direction of the helical gears of the bull gear 20 and the pinions 21 and 22 of the multi-stage centrifugal compressor is set considering firstly the thrust load generated on the high-pressure stage pinion shaft 81.

本実施形態では、高圧段ピニオン軸81に発生するスラスト方向の流体荷重Fi2は、原動機側から反原動機側への方向に発生する。したがって、この流体荷重Fi2を相殺するために、ギヤ荷重Fp2が反原動機側から原動機側への方向へ発生するようにブルギヤ20とピニオン22のはすば歯車のねじれ方向が決定される。本実施形態では、入力軸4およびブルギヤ20は、反原動機側から見て時計回りに回転する。そのため、ブルギヤ20は左ねじれのはすば歯車であり、高圧段ピニオン軸81のピニオン22は右ねじれのはすば歯車でなければならない。一方、低圧段ピニオン軸80のピニオン21は一意的に右ねじれのはすば歯車となり、ギヤ荷重Fp1は反原動機側から原動機側への方向へ発生する。また、低圧段ピニオン軸80に発生するスラスト方向の流体荷重Fi1の方向は、前記したように、反原動機側から原動機側への方向である(図3参照)。   In the present embodiment, the fluid load Fi2 in the thrust direction generated on the high-pressure stage pinion shaft 81 is generated in the direction from the prime mover side to the counter prime mover side. Therefore, in order to cancel out the fluid load Fi2, the twist direction of the helical gears of the bull gear 20 and the pinion 22 is determined so that the gear load Fp2 is generated in the direction from the anti-motor side to the motor side. In the present embodiment, the input shaft 4 and the bull gear 20 rotate clockwise as viewed from the counter prime mover side. Therefore, the bull gear 20 must be a left-twisted helical gear, and the pinion 22 of the high-pressure stage pinion shaft 81 must be a right-twisted helical gear. On the other hand, the pinion 21 of the low-pressure stage pinion shaft 80 is uniquely a right-handed helical gear, and the gear load Fp1 is generated in the direction from the anti-motor side to the motor side. Further, as described above, the direction of the fluid load Fi1 in the thrust direction generated in the low-pressure stage pinion shaft 80 is the direction from the anti-motor side to the prime mover side (see FIG. 3).

低圧段ピニオン軸80に発生するスラスト荷重は、低圧段ピニオン軸80のピニオン21がブルギヤ20から受けるスラスト方向のギヤ荷重Fp1と、低圧段ピニオン軸80に作用するスラスト方向の流体荷重Fi1の合力である。したがって、低圧段ピニオン軸80に作用するスラスト荷重は、反原動機側から原動機側への方向となり、スラストカラー66により支持される。   The thrust load generated on the low-pressure stage pinion shaft 80 is the resultant force of the thrust-direction gear load Fp1 received from the bull gear 20 by the pinion 21 of the low-pressure stage pinion shaft 80 and the thrust-direction fluid load Fi1 acting on the low-pressure stage pinion shaft 80. is there. Therefore, the thrust load acting on the low-pressure stage pinion shaft 80 is in the direction from the anti-motor side to the prime mover side, and is supported by the thrust collar 66.

一方、高圧段ピニオン軸81に発生するスラスト荷重は、高圧段ピニオン軸81のピニオン22がブルギヤ20から受けるスラスト方向のギヤ荷重Fp2と、高圧段ピニオン軸81に作用するスラスト方向の流体荷重Fi2の合力である。流体荷重Fi2の方がギヤ荷重Fp2よりも通常かなり大きいため、高圧段ピニオン軸81に作用するスラスト荷重は、原動機側から反原動機側への方向となり、スラストカラー69により支持される。   On the other hand, the thrust load generated on the high-pressure stage pinion shaft 81 is a thrust-direction gear load Fp2 received by the pinion 22 of the high-pressure stage pinion shaft 81 from the bull gear 20 and a thrust-direction fluid load Fi2 acting on the high-pressure stage pinion shaft 81. It is a power. Since the fluid load Fi2 is usually considerably larger than the gear load Fp2, the thrust load acting on the high-pressure stage pinion shaft 81 is in the direction from the prime mover side to the anti-prime mover side and is supported by the thrust collar 69.

ブルギヤ20に作用するスラスト荷重は、低圧段ピニオン軸80のスラストカラー66から受けるスラスト荷重と、高圧段ピニオン軸81のスラストカラー69から受けるスラスト荷重との合成荷重Fである。ここで、高圧段ピニオン軸81に作用するスラスト荷重の方が、低圧段ピニオン軸80に作用するスラスト荷重よりも大きい。したがって、低圧段ピニオン軸80、高圧段ピニオン軸81およびブルギヤ20で構成されるギヤ系全体は、原動機側から反原動機側への方向へスラスト荷重(合成荷重F)を受ける。   The thrust load acting on the bull gear 20 is a combined load F of the thrust load received from the thrust collar 66 of the low-pressure stage pinion shaft 80 and the thrust load received from the thrust collar 69 of the high-pressure stage pinion shaft 81. Here, the thrust load acting on the high-pressure stage pinion shaft 81 is larger than the thrust load acting on the low-pressure stage pinion shaft 80. Therefore, the entire gear system including the low-pressure stage pinion shaft 80, the high-pressure stage pinion shaft 81, and the bull gear 20 receives a thrust load (synthetic load F) in the direction from the prime mover side to the anti-prime mover side.

このようにして、本実施形態に係る多段遠心圧縮機のギヤ系全体は、図5の左方向へのスラスト荷重を受ける。その結果、図5に示すような作動状態となる。つまり、反原動機側の複合軸受61で、ギヤ系全体のスラスト荷重が支持される。そして、低圧段ピニオン軸80に作用するスラスト荷重は、1段目の遠心羽根車11側のスラストカラー66とブルギヤ20とが接触・摺動することで支持される。また、高圧段ピニオン軸81に作用するスラスト荷重は、3段目の遠心羽根車13と反対側のスラストカラー69とブルギヤ20とが接触・摺動することで支持される。   In this way, the entire gear system of the multistage centrifugal compressor according to this embodiment receives a thrust load in the left direction of FIG. As a result, an operating state as shown in FIG. 5 is obtained. That is, the thrust load of the entire gear system is supported by the composite bearing 61 on the anti-motor side. The thrust load acting on the low-pressure stage pinion shaft 80 is supported by contact / sliding of the thrust collar 66 and the bull gear 20 on the first stage centrifugal impeller 11 side. Further, the thrust load acting on the high-pressure stage pinion shaft 81 is supported by contact / sliding of the thrust collar 69 and the bull gear 20 opposite to the third stage centrifugal impeller 13.

ここで、低圧段ピニオン軸80に発生するスラスト方向の流体荷重Fi1を低減することができれば、低圧段ピニオン軸80のスラストカラー66とブルギヤ20との接触・摺動面における接触面圧が低減し、摩擦損失が低減して、多段遠心圧縮機全体の効率が向上することになる。   Here, if the fluid load Fi1 in the thrust direction generated on the low-pressure stage pinion shaft 80 can be reduced, the contact surface pressure at the contact / sliding surface between the thrust collar 66 of the low-pressure stage pinion shaft 80 and the bull gear 20 is reduced. As a result, friction loss is reduced and the efficiency of the entire multistage centrifugal compressor is improved.

本実施形態では、低圧段ピニオン軸80に発生するスラスト方向の流体荷重Fi1を低減させるために、1段目の遠心羽根車11の外径D1(図2および図3も参照)は、2段目の遠心羽根車12の外径D2(図3も参照)よりも大きく設定されている。そして、1段目の遠心羽根車11の外径D1に対する2段目の遠心羽根車12の外径D2の割合、すなわち外径比(D2/D1)は、0.8以上1.0未満に設定されていることが好ましい。 In the present embodiment, in order to reduce the fluid load Fi1 in the thrust direction generated in the low-pressure stage pinion shaft 80, the outer diameter D1 (see also FIGS. 2 and 3) of the first stage centrifugal impeller 11 is two stages. It is set larger than the outer diameter D2 (see also FIG. 3) of the centrifugal impeller 12 of the eye. The ratio of the outer diameter D2 of the second-stage centrifugal impeller 12 to the outer diameter D1 of the first-stage centrifugal impeller 11, that is, the outer diameter ratio (D2 / D1) is 0.8 or more and less than 1.0. It is preferable that it is set.

次に、前記のように構成された多段遠心圧縮機の作用効果について説明する。
本実施形態は、1段目の遠心羽根車11の外径D1を2段目の遠心羽根車12の外径D2よりも大きくしている。したがって、1段目の遠心羽根車11の背面16に作用する流体の圧力P1の受圧面積が大きくなり、これにより、1段目の遠心羽根車11に原動機側から反原動機側へのスラスト方向に作用する流体荷重が大きくなる。また、1段目の遠心羽根車11の外径D1を大きくすると、1段目の圧縮機部1での圧力上昇が大きくなるため、2段目の圧縮機部2での圧力上昇を小さくすることができる。つまり、2段目の遠心羽根車12の外径D2を小さくすることができる。その結果、2段目の遠心羽根車12の背面17に作用する圧力P2の受圧面積が小さくなり、これにより、2段目の遠心羽根車12に反原動機側から原動機側へのスラスト方向に作用する流体荷重が小さくなる。
Next, the function and effect of the multistage centrifugal compressor configured as described above will be described.
In the present embodiment, the outer diameter D1 of the first stage centrifugal impeller 11 is made larger than the outer diameter D2 of the second stage centrifugal impeller 12. Therefore, the pressure receiving area of the pressure P1 of the fluid acting on the back surface 16 of the first stage centrifugal impeller 11 is increased, so that the first stage centrifugal impeller 11 is moved in the thrust direction from the prime mover side to the counter prime mover side. The acting fluid load increases. Further, when the outer diameter D1 of the first stage centrifugal impeller 11 is increased, the pressure increase in the first stage compressor section 1 is increased, so the pressure increase in the second stage compressor section 2 is decreased. be able to. That is, the outer diameter D2 of the second stage centrifugal impeller 12 can be reduced. As a result, the pressure receiving area of the pressure P2 acting on the back surface 17 of the second-stage centrifugal impeller 12 is reduced, thereby acting on the second-stage centrifugal impeller 12 in the thrust direction from the anti-motor side to the prime mover side. Fluid load to be reduced.

したがって、1段目の遠心羽根車11および2段目の遠心羽根車12により低圧段ピニオン軸80に作用する反原動機側から原動機側へのスラスト方向の流体荷重は相対的に小さくなる。すなわち、出力軸5に発生するスラスト荷重が低減される。
これにより、スラストカラー66とブルギヤ20との接触・摺動部における摩擦損失が小さくなり、多段遠心圧縮機の効率が向上する。また、出力軸5に焼嵌めされたスラストカラー66の機械的信頼性が向上し、さらに、スラストカラー66とブルギヤ20の摺動面の摩耗量が低減されることから、圧縮機全体の機械的信頼性も向上する。
すなわち、本実施形態によれば、出力軸5に発生するスラスト荷重を低減して、高効率で機械的信頼性の高い多段遠心圧縮機を提供することができる。
Accordingly, the fluid load in the thrust direction from the anti-motor side to the motor side acting on the low-pressure stage pinion shaft 80 by the first stage centrifugal impeller 11 and the second stage centrifugal impeller 12 becomes relatively small. That is, the thrust load generated on the output shaft 5 is reduced.
Thereby, the friction loss in the contact / sliding portion between the thrust collar 66 and the bull gear 20 is reduced, and the efficiency of the multistage centrifugal compressor is improved. Further, the mechanical reliability of the thrust collar 66 that is shrink-fitted on the output shaft 5 is improved, and the amount of wear on the sliding surface of the thrust collar 66 and the bull gear 20 is reduced. Reliability is also improved.
That is, according to the present embodiment, it is possible to provide a multistage centrifugal compressor with high efficiency and high mechanical reliability by reducing the thrust load generated on the output shaft 5.

また、本実施形態では、1段目の遠心羽根車11の外径D1に対する2段目の遠心羽根車12の外径D2の割合は、好ましくは0.8以上1.0未満に設定されている。 In the present embodiment, the ratio of the outer diameter D2 of the second stage centrifugal impeller 12 to the outer diameter D1 of the first stage centrifugal impeller 11 is preferably set to be 0.8 or more and less than 1.0. Yes.

図6は、1段目の遠心羽根車11の外径D1に対する2段目の遠心羽根車12の外径D2の割合、すなわち外径比(D2/D1)と1段目の遠心羽根車11の出口部における羽根根元C(図2参照)に発生する応力σとの関係を示す図である。ここで、遠心力により遠心羽根車11に生じる応力は、羽根根元Cにおいて最大となる。   FIG. 6 shows the ratio of the outer diameter D2 of the second stage centrifugal impeller 12 to the outer diameter D1 of the first stage centrifugal impeller 11, that is, the outer diameter ratio (D2 / D1) and the first stage centrifugal impeller 11. It is a figure which shows the relationship with the stress (sigma) which generate | occur | produces in the blade root C (refer FIG. 2) in the exit part. Here, the stress generated in the centrifugal impeller 11 by the centrifugal force becomes maximum at the blade root C.

低圧段ピニオン軸80に作用するスラスト方向の流体荷重を低減するという観点からは、1段目の遠心羽根車11の外径D1はできる限り大きく、また、2段目の遠心羽根車12の外径D2はできる限り小さいほうが好ましい。つまり、出力軸5に作用するスラスト荷重を低減するという観点からは、外径比(D2/D1)はできる限り小さい方が好ましい。しかし、図6に示すように、外径比(D2/D1)が小さくなるにしたがって、1段目の遠心羽根車11の出口部における羽根根元Cに発生する遠心力による応力σが大きくなり、外径比(D2/D1)が0.8未満になると、材料の許容値(許容応力)を超える。遠心羽根車の材料としては、例えばステンレス鋼が使用される。図6中に示す従来値は、外径比(D2/D1)=1の場合に発生する応力値である。   From the viewpoint of reducing the fluid load in the thrust direction acting on the low-pressure stage pinion shaft 80, the outer diameter D1 of the first stage centrifugal impeller 11 is as large as possible. The diameter D2 is preferably as small as possible. That is, from the viewpoint of reducing the thrust load acting on the output shaft 5, the outer diameter ratio (D2 / D1) is preferably as small as possible. However, as shown in FIG. 6, as the outer diameter ratio (D2 / D1) decreases, the stress σ due to the centrifugal force generated at the blade root C at the outlet of the first stage centrifugal impeller 11 increases. When the outer diameter ratio (D2 / D1) is less than 0.8, the allowable value (allowable stress) of the material is exceeded. For example, stainless steel is used as the material of the centrifugal impeller. The conventional value shown in FIG. 6 is a stress value generated when the outer diameter ratio (D2 / D1) = 1.

図6から、材料等の強度に関する条件を変更しない限りにおいては、応力σが材料の許容値を超えない範囲で、1段目の遠心羽根車11の外径D1を2段目の遠心羽根車12の外径D2よりも大きくするためには、外径比(D2/D1)を0.8以上1.0未満とすればよいことがわかる。このように構成すれば、遠心羽根車11に発生する応力の増大を抑えつつ、出力軸5に発生するスラスト荷重を低減して、高効率で機械的信頼性の高い多段遠心圧縮機を提供することができる。 From FIG. 6, the outer diameter D1 of the first stage centrifugal impeller 11 is set to the second stage centrifugal impeller as long as the stress σ does not exceed the allowable value of the material unless the conditions regarding the strength of the material and the like are changed. In order to make it larger than the outer diameter D2 of 12, it is understood that the outer diameter ratio (D2 / D1) should be 0.8 or more and less than 1.0. If comprised in this way, while suppressing the increase in the stress which generate | occur | produces in the centrifugal impeller 11, the thrust load which generate | occur | produces in the output shaft 5 is reduced, and a highly efficient and highly reliable mechanical multistage centrifugal compressor is provided. be able to.

また、本実施形態では、ブルギヤ20およびピニオン21,22は、はすば歯車である。そして、ピニオン22に軸方向に作用するギヤ荷重Fp2が、最下流段側に位置する3段目の遠心羽根車13にスラスト方向に作用する流体荷重Fi2と反対方向となるように、ブルギヤ20およびピニオン21,22のはすば歯車のねじれ方向が設定されている。   In the present embodiment, the bull gear 20 and the pinions 21 and 22 are helical gears. The bull gear 20 and the gear load Fp2 acting in the axial direction on the pinion 22 are opposite to the fluid load Fi2 acting in the thrust direction on the third stage centrifugal impeller 13 located on the most downstream side. The helical direction of the helical gears of the pinions 21 and 22 is set.

このように構成すれば、はすば歯車の使用により振動や騒音の低減を図ることができるとともに、流体荷重Fi2とギヤ荷重Fp2とが互いに相殺し合い、最下流段の遠心羽根車13を備える出力軸6に発生するスラスト荷重を小さくすることができる。これにより、スラストカラー69とブルギヤ20との接触・摺動部における摩擦損失が小さくなり、多段遠心圧縮機の効率が向上する。また、出力軸6に焼嵌めされたスラストカラー69とブルギヤ20の機械的信頼性が向上し、さらに、スラストカラー69とブルギヤ20の摺動面の摩耗量が低減される。また、ギヤ系全体に生じるスラスト荷重(合成荷重F)が低減されるため、ブルギヤ20と複合軸受61との接触・摺動部における摩擦損失も小さくなる。したがって、多段遠心圧縮機の機械的信頼性をさらに高めることができる。   If comprised in this way, while using a helical gear, vibration and noise can be reduced, the fluid load Fi2 and the gear load Fp2 cancel each other, and the output provided with the most downstream centrifugal impeller 13 The thrust load generated on the shaft 6 can be reduced. Thereby, the friction loss in the contact / sliding portion between the thrust collar 69 and the bull gear 20 is reduced, and the efficiency of the multistage centrifugal compressor is improved. Further, the mechanical reliability of the thrust collar 69 and the bull gear 20 that are shrink-fitted on the output shaft 6 is improved, and the amount of wear on the sliding surfaces of the thrust collar 69 and the bull gear 20 is reduced. Further, since the thrust load (combined load F) generated in the entire gear system is reduced, the friction loss at the contact / sliding portion between the bull gear 20 and the composite bearing 61 is also reduced. Therefore, the mechanical reliability of the multistage centrifugal compressor can be further increased.

〔第2実施形態〕
次に、図7を参照して、本発明の第2実施形態について、前記した第1実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図7は、第2実施形態に係る多段遠心圧縮機を模式的に示す水平断面図である。
[Second Embodiment]
Next, with reference to FIG. 7, the second embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and description of common points will be omitted as appropriate.
FIG. 7 is a horizontal sectional view schematically showing the multistage centrifugal compressor according to the second embodiment.

図7に示すように、第2実施形態に係る多段遠心圧縮機は4段圧縮機である点で、3段圧縮機である第1実施形態と相違している。すなわち、出力軸6の一端には、3段目の遠心羽根車13が設けられており、出力軸6の他端には、流体の流れの最下流段側に位置する4段目の遠心羽根車14が設けられている。   As shown in FIG. 7, the multistage centrifugal compressor according to the second embodiment is different from the first embodiment, which is a three-stage compressor, in that it is a four-stage compressor. That is, a third stage centrifugal impeller 13 is provided at one end of the output shaft 6, and a fourth stage centrifugal blade located at the most downstream stage side of the fluid flow is provided at the other end of the output shaft 6. A car 14 is provided.

第2実施形態では、第1実施形態と同様に、1段目の遠心羽根車11の外径D1は、2段目の遠心羽根車12の外径D2よりも大きく設定されている。また、3段目の遠心羽根車13の外径D3は、4段目の遠心羽根車14の外径D4よりも大きく設定されている。したがって、1段目の遠心羽根車11および2段目の遠心羽根車12により出力軸5に作用するスラスト方向の流体荷重Fi1が相対的に小さくなり、出力軸5に発生するスラスト荷重が低減される。また、3段目の遠心羽根車13および4段目の遠心羽根車14により出力軸6に作用するスラスト方向の流体荷重Fi2が相対的に小さくなり、出力軸6に発生するスラスト荷重が低減される。   In the second embodiment, similarly to the first embodiment, the outer diameter D1 of the first stage centrifugal impeller 11 is set larger than the outer diameter D2 of the second stage centrifugal impeller 12. The outer diameter D3 of the third-stage centrifugal impeller 13 is set larger than the outer diameter D4 of the fourth-stage centrifugal impeller 14. Therefore, the fluid load Fi1 in the thrust direction acting on the output shaft 5 by the first-stage centrifugal impeller 11 and the second-stage centrifugal impeller 12 becomes relatively small, and the thrust load generated on the output shaft 5 is reduced. The The third-stage centrifugal impeller 13 and the fourth-stage centrifugal impeller 14 relatively reduce the thrust-direction fluid load Fi2 acting on the output shaft 6, and the thrust load generated on the output shaft 6 is reduced. The

また、第2実施形態では、ピニオン22に軸方向に作用するギヤ荷重Fp2が、最下流段側に位置する4段目の遠心羽根車14にスラスト方向に作用する流体荷重と同じ方向となるように、ブルギヤ20およびピニオン21,22のはすば歯車のねじれ方向が設定されている。これは、第1実施形態と同じブルギヤとピニオンを使用することを前提としている。ここで、4段目の遠心羽根車14にスラスト方向に作用する流体荷重は、3段目の遠心羽根車13にスラスト方向に作用する流体荷重よりも大きい。このため、全体として出力軸6に作用するスラスト方向の流体荷重Fi2の方向は、4段目の遠心羽根車14にスラスト方向に作用する流体荷重の方向と同じであり、反原動機側から原動機側への方向である。   In the second embodiment, the gear load Fp2 acting on the pinion 22 in the axial direction is the same as the fluid load acting on the fourth stage centrifugal impeller 14 located on the most downstream side in the thrust direction. In addition, the twist direction of the helical gears of the bull gear 20 and the pinions 21 and 22 is set. This is based on the premise that the same bull gear and pinion as in the first embodiment are used. Here, the fluid load acting on the fourth stage centrifugal impeller 14 in the thrust direction is larger than the fluid load acting on the third stage centrifugal impeller 13 in the thrust direction. For this reason, the direction of the fluid load Fi2 in the thrust direction acting on the output shaft 6 as a whole is the same as the direction of the fluid load acting in the thrust direction on the fourth stage centrifugal impeller 14, and from the anti-motor side to the motor side Is the direction to.

このように第2実施形態によれば、本発明を4段圧縮機にも適用することができ、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the second embodiment, the present invention can be applied to a four-stage compressor, and the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

〔第3実施形態〕
次に、図8を参照して、本発明の第3実施形態について、前記した第2実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図8は、第3実施形態に係る多段遠心圧縮機を模式的に示す水平断面図である。
[Third Embodiment]
Next, with reference to FIG. 8, the third embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the second embodiment described above, and description of common points will be omitted as appropriate.
FIG. 8 is a horizontal sectional view schematically showing the multistage centrifugal compressor according to the third embodiment.

図8に示すように、第3実施形態に係る多段遠心圧縮機は、ブルギヤとピニオンのねじれ方向が逆である点で、第2実施形態と相違している。すなわち、ブルギヤは右ねじれのはすば歯車であり、ピニオンは左ねじれのはすば歯車である。   As shown in FIG. 8, the multistage centrifugal compressor according to the third embodiment is different from the second embodiment in that the twisting directions of the bull gear and the pinion are opposite. That is, the bull gear is a right-handed helical gear, and the pinion is a left-handed helical gear.

第3実施形態では、第2実施形態と同様に、1段目の遠心羽根車11の外径D1は、2段目の遠心羽根車12の外径D2よりも大きく設定されている。また、3段目の遠心羽根車13の外径D3は、4段目の遠心羽根車14の外径D4よりも大きく設定されている。したがって、1段目の遠心羽根車11および2段目の遠心羽根車12により出力軸5に作用するスラスト方向の流体荷重Fi1が相対的に小さくなり、出力軸5に発生するスラスト荷重が低減される。また、3段目の遠心羽根車13および4段目の遠心羽根車14により出力軸6に作用するスラスト方向の流体荷重Fi2が相対的に小さくなり、出力軸6に発生するスラスト荷重が低減される。   In the third embodiment, as in the second embodiment, the outer diameter D1 of the first stage centrifugal impeller 11 is set larger than the outer diameter D2 of the second stage centrifugal impeller 12. The outer diameter D3 of the third-stage centrifugal impeller 13 is set larger than the outer diameter D4 of the fourth-stage centrifugal impeller 14. Therefore, the fluid load Fi1 in the thrust direction acting on the output shaft 5 by the first-stage centrifugal impeller 11 and the second-stage centrifugal impeller 12 becomes relatively small, and the thrust load generated on the output shaft 5 is reduced. The The third-stage centrifugal impeller 13 and the fourth-stage centrifugal impeller 14 relatively reduce the thrust-direction fluid load Fi2 acting on the output shaft 6, and the thrust load generated on the output shaft 6 is reduced. The

また、第3実施形態では、ピニオン22に軸方向に作用するギヤ荷重Fp2が、最下流段側に位置する4段目の遠心羽根車14にスラスト方向に作用する流体荷重と反対方向となるように、ブルギヤ20およびピニオン21,22のはすば歯車のねじれ方向が設定されている。ここで、4段目の遠心羽根車14にスラスト方向に作用する流体荷重は、3段目の遠心羽根車13にスラスト方向に作用する流体荷重よりも大きい。このため、全体として出力軸6に作用するスラスト方向の流体荷重Fi2の方向は、4段目の遠心羽根車14にスラスト方向に作用する流体荷重の方向と同じであり、反原動機側から原動機側への方向である。したがって、第3実施形態では、ブルギヤ20は右ねじれのはすば歯車とされ、ピニオン21,22は左ねじれのはすば歯車とされている。これにより、流体荷重Fi2とギヤ荷重Fp2とが互いに相殺し合い、最下流段の遠心羽根車14を備える出力軸6に発生するスラスト荷重を小さくすることができる。また、第3実施形態では、ピニオン21に軸方向に作用するギヤ荷重Fp1が、2段目の遠心羽根車12にスラスト方向に作用する流体荷重と反対方向とされている。これにより、流体荷重Fi1とギヤ荷重Fp1とが互いに相殺し合い、2段目の遠心羽根車12を備える出力軸5に発生するスラスト荷重を小さくすることができる。   In the third embodiment, the gear load Fp2 acting on the pinion 22 in the axial direction is opposite to the fluid load acting on the fourth stage centrifugal impeller 14 located on the most downstream side in the thrust direction. In addition, the twist direction of the helical gears of the bull gear 20 and the pinions 21 and 22 is set. Here, the fluid load acting on the fourth stage centrifugal impeller 14 in the thrust direction is larger than the fluid load acting on the third stage centrifugal impeller 13 in the thrust direction. For this reason, the direction of the fluid load Fi2 in the thrust direction acting on the output shaft 6 as a whole is the same as the direction of the fluid load acting in the thrust direction on the fourth stage centrifugal impeller 14, and from the anti-motor side to the motor side Is the direction to. Therefore, in the third embodiment, the bull gear 20 is a right-handed helical gear, and the pinions 21 and 22 are left-handed helical gears. Thereby, the fluid load Fi2 and the gear load Fp2 cancel each other, and the thrust load generated on the output shaft 6 including the centrifugal impeller 14 at the most downstream stage can be reduced. In the third embodiment, the gear load Fp1 acting on the pinion 21 in the axial direction is opposite to the fluid load acting on the second stage centrifugal impeller 12 in the thrust direction. Thereby, the fluid load Fi1 and the gear load Fp1 cancel each other, and the thrust load generated in the output shaft 5 including the second stage centrifugal impeller 12 can be reduced.

〔第4実施形態〕
次に、図9を参照して、本発明の第4実施形態について、前記した第2実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図9は、第4実施形態に係る多段遠心圧縮機を模式的に示す水平断面図である。
[Fourth Embodiment]
Next, with reference to FIG. 9, the fourth embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the second embodiment described above, and description of common points will be omitted as appropriate.
FIG. 9 is a horizontal cross-sectional view schematically showing a multistage centrifugal compressor according to the fourth embodiment.

図9に示すように、第4実施形態に係る多段遠心圧縮機は、3段目の羽根車13と4段目の羽根車14が備えられる位置が逆である点で、第2実施形態と相違している。   As shown in FIG. 9, the multistage centrifugal compressor according to the fourth embodiment is different from the second embodiment in that the positions where the third stage impeller 13 and the fourth stage impeller 14 are provided are reversed. It is different.

第4実施形態では、第2実施形態と同様に、1段目の遠心羽根車11の外径D1は、2段目の遠心羽根車12の外径D2よりも大きく設定されている。また、3段目の遠心羽根車13の外径D3は、4段目の遠心羽根車14の外径D4よりも大きく設定されている。したがって、1段目の遠心羽根車11および2段目の遠心羽根車12により出力軸5に作用するスラスト方向の流体荷重Fi1が相対的に小さくなり、出力軸5に発生するスラスト荷重が低減される。また、3段目の遠心羽根車13および4段目の遠心羽根車14により出力軸6に作用するスラスト方向の流体荷重Fi2が相対的に小さくなり、出力軸6に発生するスラスト荷重が低減される。   In the fourth embodiment, similarly to the second embodiment, the outer diameter D1 of the first stage centrifugal impeller 11 is set larger than the outer diameter D2 of the second stage centrifugal impeller 12. The outer diameter D3 of the third-stage centrifugal impeller 13 is set larger than the outer diameter D4 of the fourth-stage centrifugal impeller 14. Therefore, the fluid load Fi1 in the thrust direction acting on the output shaft 5 by the first-stage centrifugal impeller 11 and the second-stage centrifugal impeller 12 becomes relatively small, and the thrust load generated on the output shaft 5 is reduced. The The third-stage centrifugal impeller 13 and the fourth-stage centrifugal impeller 14 relatively reduce the thrust-direction fluid load Fi2 acting on the output shaft 6, and the thrust load generated on the output shaft 6 is reduced. The

また、第4実施形態では、ピニオン22に軸方向に作用するギヤ荷重Fp2が、最下流段側に位置する4段目の遠心羽根車14にスラスト方向に作用する流体荷重と反対方向となるように、ブルギヤ20およびピニオン21,22のはすば歯車のねじれ方向が設定されている。ここで、4段目の遠心羽根車14にスラスト方向に作用する流体荷重は、3段目の遠心羽根車13にスラスト方向に作用する流体荷重よりも大きい。このため、全体として出力軸6に作用するスラスト方向の流体荷重Fi2の方向は、4段目の遠心羽根車14にスラスト方向に作用する流体荷重の方向と同じであり、原動機側から反原動機側への方向である。したがって、第4実施形態では、ブルギヤ20は右ねじれのはすば歯車とされ、ピニオン21,22は左ねじれのはすば歯車とされている。これにより、流体荷重Fi2とギヤ荷重Fp2とが互いに相殺し合い、最下流段の遠心羽根車14を備える出力軸6に発生するスラスト荷重を小さくすることができる。
また、第4実施形態では、最下流段側に位置する4段目の遠心羽根車14に軸方向に作用する流体荷重が、2段目の遠心羽根車12に軸方向に作用する流体荷重と反対方向とされている。これにより、第1実施形態と同様に、流体荷重Fi1と流体荷重Fi2とが互いに相殺し合い、入力軸4に発生するスラスト荷重を小さくすることができる。
In the fourth embodiment, the gear load Fp2 acting on the pinion 22 in the axial direction is opposite to the fluid load acting on the fourth stage centrifugal impeller 14 located on the most downstream side in the thrust direction. In addition, the twist direction of the helical gears of the bull gear 20 and the pinions 21 and 22 is set. Here, the fluid load acting on the fourth stage centrifugal impeller 14 in the thrust direction is larger than the fluid load acting on the third stage centrifugal impeller 13 in the thrust direction. For this reason, the direction of the fluid load Fi2 in the thrust direction acting on the output shaft 6 as a whole is the same as the direction of the fluid load acting in the thrust direction on the fourth stage centrifugal impeller 14, and from the prime mover side to the anti prime mover side Is the direction to. Therefore, in the fourth embodiment, the bull gear 20 is a right-handed helical gear, and the pinions 21 and 22 are left-handed helical gears. Thereby, the fluid load Fi2 and the gear load Fp2 cancel each other, and the thrust load generated on the output shaft 6 including the centrifugal impeller 14 at the most downstream stage can be reduced.
In the fourth embodiment, the fluid load acting in the axial direction on the fourth stage centrifugal impeller 14 located on the most downstream stage side is the fluid load acting on the second stage centrifugal impeller 12 in the axial direction. The opposite direction. Thereby, similarly to 1st Embodiment, the fluid load Fi1 and the fluid load Fi2 mutually cancel each other, and the thrust load which generate | occur | produces in the input shaft 4 can be made small.

〔第5実施形態〕
次に、図10を参照して、本発明の第5実施形態について、前記した第1実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図10は、第5実施形態に係る多段遠心圧縮機を模式的に示す水平断面図である。
[Fifth Embodiment]
Next, with reference to FIG. 10, the fifth embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the first embodiment described above, and descriptions of common points will be omitted as appropriate.
FIG. 10 is a horizontal sectional view schematically showing a multistage centrifugal compressor according to the fifth embodiment.

図10に示すように、第5実施形態に係る多段遠心圧縮機は2段圧縮機である点で、3段圧縮機である第1実施形態と相違している。すなわち、第1実施形態は2本の出力軸5,6を備えているのに対して、第5実施形態は1本の出力軸5を備えている。   As shown in FIG. 10, the multistage centrifugal compressor according to the fifth embodiment is different from the first embodiment, which is a three-stage compressor, in that it is a two-stage compressor. That is, the first embodiment includes two output shafts 5 and 6, whereas the fifth embodiment includes one output shaft 5.

第5実施形態では、第1実施形態と同様に、1段目の遠心羽根車11の外径D1は、2段目の遠心羽根車12の外径D2よりも大きく設定されている。したがって、1段目の遠心羽根車11および2段目の遠心羽根車12により出力軸5に作用するスラスト方向の流体荷重Fi1が相対的に小さくなり、出力軸5に発生するスラスト荷重が低減される。   In the fifth embodiment, as in the first embodiment, the outer diameter D1 of the first stage centrifugal impeller 11 is set larger than the outer diameter D2 of the second stage centrifugal impeller 12. Therefore, the fluid load Fi1 in the thrust direction acting on the output shaft 5 by the first-stage centrifugal impeller 11 and the second-stage centrifugal impeller 12 becomes relatively small, and the thrust load generated on the output shaft 5 is reduced. The

また、第5実施形態では、ピニオン21に軸方向に作用するギヤ荷重Fp1が、最下流段側に位置する2段目の遠心羽根車12にスラスト方向に作用する流体荷重と同じ方向となるように、ブルギヤ20およびピニオン21のはすば歯車のねじれ方向が設定されている。これは、第1実施形態と同じブルギヤとピニオンを使用することを前提としている。ここで、2段目の遠心羽根車12にスラスト方向に作用する流体荷重は、1段目の遠心羽根車11にスラスト方向に作用する流体荷重よりも大きい。このため、全体として出力軸5に作用するスラスト方向の流体荷重Fi1の方向は、2段目の遠心羽根車12にスラスト方向に作用する流体荷重の方向と同じであり、反原動機側から原動機側への方向である。   In the fifth embodiment, the gear load Fp1 acting on the pinion 21 in the axial direction is the same as the fluid load acting on the second centrifugal impeller 12 positioned on the most downstream side in the thrust direction. In addition, the helical direction of the helical gear of the bull gear 20 and the pinion 21 is set. This is based on the premise that the same bull gear and pinion as in the first embodiment are used. Here, the fluid load acting on the second stage centrifugal impeller 12 in the thrust direction is larger than the fluid load acting on the first stage centrifugal impeller 11 in the thrust direction. Therefore, the direction of the fluid load Fi1 in the thrust direction acting on the output shaft 5 as a whole is the same as the direction of the fluid load acting in the thrust direction on the second stage centrifugal impeller 12, and from the anti-motor side to the motor side Is the direction to.

このように第5実施形態によれば、本発明を2段圧縮機にも適用することができ、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the fifth embodiment, the present invention can also be applied to the two-stage compressor, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

〔第6実施形態〕
次に、図11を参照して、本発明の第6実施形態について、前記した第5実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図11は、第6実施形態に係る多段遠心圧縮機を模式的に示す水平断面図である。
[Sixth Embodiment]
Next, with reference to FIG. 11, the sixth embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the fifth embodiment described above, and descriptions of common points will be omitted as appropriate.
FIG. 11 is a horizontal sectional view schematically showing a multistage centrifugal compressor according to the sixth embodiment.

図11に示すように、第6実施形態に係る多段遠心圧縮機は、ブルギヤとピニオンのねじれ方向が逆である点で、第5実施形態と相違している。すなわち、ブルギヤは右ねじれのはすば歯車であり、ピニオンは左ねじれのはすば歯車である。   As shown in FIG. 11, the multistage centrifugal compressor according to the sixth embodiment is different from the fifth embodiment in that the twisting directions of the bull gear and the pinion are opposite. That is, the bull gear is a right-handed helical gear, and the pinion is a left-handed helical gear.

第6実施形態では、第5実施形態と同様に、1段目の遠心羽根車11の外径D1は、2段目の遠心羽根車12の外径D2よりも大きく設定されている。したがって、1段目の遠心羽根車11および2段目の遠心羽根車12により出力軸5に作用するスラスト方向の流体荷重Fi1が相対的に小さくなり、出力軸5に発生するスラスト荷重が低減される。   In the sixth embodiment, similarly to the fifth embodiment, the outer diameter D1 of the first stage centrifugal impeller 11 is set larger than the outer diameter D2 of the second stage centrifugal impeller 12. Therefore, the fluid load Fi1 in the thrust direction acting on the output shaft 5 by the first-stage centrifugal impeller 11 and the second-stage centrifugal impeller 12 becomes relatively small, and the thrust load generated on the output shaft 5 is reduced. The

また、第6実施形態では、ピニオン21に軸方向に作用するギヤ荷重Fp1が、最下流段側に位置する2段目の遠心羽根車12にスラスト方向に作用する流体荷重と反対方向となるように、ブルギヤ20およびピニオン21のはすば歯車のねじれ方向が設定されている。ここで、2段目の遠心羽根車12にスラスト方向に作用する流体荷重は、1段目の遠心羽根車11にスラスト方向に作用する流体荷重よりも大きい。このため、全体として出力軸5に作用するスラスト方向の流体荷重Fi1の方向は、2段目の遠心羽根車12にスラスト方向に作用する流体荷重の方向と同じであり、反原動機側から原動機側への方向である。したがって、第6実施形態では、ブルギヤ20は右ねじれのはすば歯車とされ、ピニオン21は左ねじれのはすば歯車とされている。これにより、流体荷重Fi1とギヤ荷重Fp1とが互いに相殺し合い、最下流段の遠心羽根車12を備える出力軸5に発生するスラスト荷重を小さくすることができる。   In the sixth embodiment, the gear load Fp1 acting on the pinion 21 in the axial direction is opposite to the fluid load acting on the second stage centrifugal impeller 12 located on the most downstream side in the thrust direction. In addition, the helical direction of the helical gear of the bull gear 20 and the pinion 21 is set. Here, the fluid load acting on the second stage centrifugal impeller 12 in the thrust direction is larger than the fluid load acting on the first stage centrifugal impeller 11 in the thrust direction. Therefore, the direction of the fluid load Fi1 in the thrust direction acting on the output shaft 5 as a whole is the same as the direction of the fluid load acting in the thrust direction on the second stage centrifugal impeller 12, and from the anti-motor side to the motor side Is the direction to. Therefore, in the sixth embodiment, the bull gear 20 is a right-handed helical gear, and the pinion 21 is a left-handed helical gear. Thereby, the fluid load Fi1 and the gear load Fp1 cancel each other, and the thrust load generated in the output shaft 5 including the centrifugal impeller 12 at the most downstream stage can be reduced.

以上、本発明について実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to above-described embodiment, Various modifications are included. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

例えば、前記した実施形態では、多段遠心圧縮機が2〜4段圧縮機である場合について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。すなわち、本発明は、原動機により駆動されブルギヤが設けられる入力軸と、ブルギヤに噛み合うピニオンが設けられる一つ以上の出力軸と、を備える多段型の遠心圧縮機に適用でき、例えば5段以上の多段遠心圧縮機にも適用可能である。   For example, in the above-described embodiment, the case where the multistage centrifugal compressor is a 2-4 stage compressor has been described, but the present invention is not limited to these. That is, the present invention can be applied to a multistage centrifugal compressor including an input shaft driven by a prime mover and provided with a bull gear, and one or more output shafts provided with a pinion meshing with the bull gear. It is applicable also to a multistage centrifugal compressor.

4 入力軸
5 出力軸
6 出力軸(第2の出力軸)
11 1段目の遠心羽根車
12 2段目の遠心羽根車
13 3段目の遠心羽根車
14 4段目の遠心羽根車
20 ブルギヤ
21 ピニオン
22 ピニオン(第2のピニオン)
60,61 複合軸受
66〜69 スラストカラー
D1〜D4 外径
Fi1,Fi2 流体荷重
Fp1,Fp2 ギヤ荷重
4 Input shaft 5 Output shaft 6 Output shaft (second output shaft)
11 First-stage centrifugal impeller 12 Second-stage centrifugal impeller 13 Third-stage centrifugal impeller 14 Fourth-stage centrifugal impeller 20 Bull gear 21 Pinion 22 Pinion (second pinion)
60, 61 Compound bearing 66-69 Thrust collar D1-D4 Outer diameter Fi1, Fi2 Fluid load Fp1, Fp2 Gear load

Claims (2)

原動機により駆動される入力軸と、
前記入力軸に設けられるブルギヤと、
前記ブルギヤに噛み合うピニオンと、
前記ピニオンが設けられる出力軸と、
前記出力軸の一端に設けられる第1の遠心羽根車と、
前記出力軸の他端に設けられ、前記第1の遠心羽根車よりも流体の流れの下流段側に位置する第2の遠心羽根車と、
前記ブルギヤに噛み合う第2のピニオンと、
前記第2のピニオンが設けられる第2の出力軸と、
前記第2の出力軸に設けられ、前記第2の遠心羽根車の流体の流れの最下流段側に位置する第3の遠心羽根車と、を備え、
前記第1の遠心羽根車の外径は、前記第2の遠心羽根車の外径よりも大きく設定されており、
前記第3の遠心羽根車は、前記第2の出力軸の軸方向において前記第2の遠心羽根車とは反対側の端部に設けられており、
前記ブルギヤ、前記ピニオン、および前記第2のピニオンは、はすば歯車であり、
前記ピニオンに軸方向に作用するギヤ荷重が、前記第2の遠心羽根車に軸方向に作用する流体荷重と同じ方向となり、かつ、前記第2のピニオンに軸方向に作用するギヤ荷重が、前記第3の遠心羽根車に軸方向に作用する流体荷重と反対方向となるように、前記はすば歯車のねじれ方向が設定されており、
前記第3の遠心羽根車に軸方向に作用する流体荷重が、前記第2の遠心羽根車に軸方向に作用する流体荷重と反対方向とされていることを特徴とする多段遠心圧縮機。
An input shaft driven by a prime mover;
A bull gear provided on the input shaft;
A pinion meshing with the bull gear;
An output shaft provided with the pinion;
A first centrifugal impeller provided at one end of the output shaft;
A second centrifugal impeller provided at the other end of the output shaft and positioned on the downstream side of the fluid flow with respect to the first centrifugal impeller;
A second pinion meshing with the bull gear;
A second output shaft provided with the second pinion;
A third centrifugal impeller provided on the second output shaft and positioned on the most downstream stage side of the fluid flow of the second centrifugal impeller ,
The outer diameter of the first centrifugal impeller is set larger than the outer diameter of the second centrifugal impeller ,
The third centrifugal impeller is provided at an end portion opposite to the second centrifugal impeller in the axial direction of the second output shaft,
The bull gear, the pinion, and the second pinion are helical gears,
The gear load acting in the axial direction on the pinion is the same direction as the fluid load acting in the axial direction on the second centrifugal impeller, and the gear load acting on the second pinion in the axial direction is The helical direction of the helical gear is set to be opposite to the fluid load acting in the axial direction on the third centrifugal impeller,
The multistage centrifugal compressor characterized in that the fluid load acting in the axial direction on the third centrifugal impeller is opposite to the fluid load acting in the axial direction on the second centrifugal impeller .
前記第1の遠心羽根車の外径に対する前記第2遠心羽根車の外径の割合は、0.8以上1.0未満に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の多段遠心圧縮機。 2. The multistage centrifugal according to claim 1, wherein a ratio of an outer diameter of the second centrifugal impeller to an outer diameter of the first centrifugal impeller is set to be 0.8 or more and less than 1.0. Compressor.
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