JP6228868B2

JP6228868B2 - スクリュ圧縮機

Info

Publication number: JP6228868B2
Application number: JP2014046718A
Authority: JP
Inventors: 洋輔福島; 次橋　一樹; 一樹次橋
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2017-11-08
Anticipated expiration: 2034-03-10
Also published as: CN106062370A; KR20160118311A; US10167868B2; KR101828200B1; JP2015169180A; WO2015137028A1; US20170074266A1; TWI586891B; TW201600724A; CN106062370B

Description

本発明は、スクリュ圧縮機に関するものである。

特許文献１には、メンテナンス性を向上させるために、圧縮機本体とモータとを連結する連結ケーシングを設け、該連結ケーシングの内部でモータ軸とロータ軸とを軸継手により締結する構造が採用されたスクリュ圧縮機が開示されている。

このスクリュ圧縮機は、圧縮機本体の上方にモータを配置する縦置き型である。前記構造を有するスクリュ圧縮機には、圧縮機本体の側方にモータを配置する横置き型も存在する。

連結ケーシングを有する横置き型のスクリュ圧縮機では、連結ケーシングのモータ側結合部にモータの重量の一部が荷重として掛かる。また、運転時にはモータと圧縮機本体がそれぞれ振動するため、連結ケーシングに力が作用する。特に鉛直方向の応力が大きい。

一方、連結ケーシング内部の軸継手のメンテナンス性をさらに向上させるために、連結ケーシングに作業孔を設けることが考えられる。

仮に、連結ケーシングに作業孔を設けるとすると、連結ケーシングの鉛直方向のせん断剛性は著しく低下する。剛性の低下は振動の増大や破損に繋がる。これの単純な解決策として、剛性を補うために、連結ケーシングの管部分の厚みを増加させるか、連結ケーシングの管部分に放射状リブを設けることが挙げられる。しかし、管部分の厚みの増加、及び放射状リブの追加のいずれの場合も、材料重量の増加を伴うためコストの増加につながる。

特開平０６−１９３５７３号公報

本発明は、スクリュ圧縮機本体と該スクリュ圧縮機本体を駆動するモータとを接続する接続ケーシングを有するスクリュ圧縮機において、コストの増加を抑えつつ、接続ケーシングの剛性の低下を回避し、メンテナンス性を向上させることを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明のスクリュ圧縮機は、
スクリュロータによって流体を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の側方に配置され、前記圧縮機本体に駆動力を供給するモータと、前記圧縮機本体に連結され、前記モータの駆動力を前記スクリュロータに伝達するギアボックスと、前記ギアボックスと前記モータとを接続し、水平軸を有する管状の接続ケーシングと、前記モータの軸に連結され、前記ギアボックスに前記モータの駆動力を入力する入力軸と、前記接続ケーシングに収容され、前記入力軸と前記モータの軸とを連結するカップリングと、前記接続ケーシングに設けられた、前記カップリングのメンテナンスを行うための水平方向の作業孔と、前記接続ケーシングに設けられ、上下方向のみに延びるリブとを備え、前記接続ケーシングは、軸方向の一端に前記ギアボックスとの連結面を有するギアボックス側フランジ部を備えるとともに、軸方向の他端に前記モータとの連結面を有するモータ側フランジ部を備え、前記リブは、前記ギアボックス側フランジ部の連結面及び前記モータ側フランジ部の連結面に直交する方向に配置されているようにした。

この構成によれば、接続ケーシングに水平方向の作業孔及び上下方向のみに延びるリブを設けているので、コストの増加を抑えつつ、接続ケーシングの剛性の低下を回避し、メンテナンス性を向上させることができる。特に、接続ケーシングに上下方向のみに延びるリブを設けることにより、接続ケーシングの鉛直方向のせん断剛性を向上させ接続ケーシングの剛性の低下を回避できる。なお、本明細書における上下方向とは、鉛直方向のみに限定されるものではなく、鉛直方向のせん断剛性を向上させ接続ケーシングの剛性の低下を回避できるという効果を鉛直方向の場合と実質的に同等に得ることができる範囲内で傾斜させた方向も含む。

前記リブは鉛直方向に延びていることが好ましい。この構成によれば、接続ケーシングの鉛直方向のせん断剛性を最も効率的に向上させ接続ケーシングの剛性の低下を回避できる。

また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記圧縮機本体は第１及び第２の圧縮機本体からなり、前記ギアボックスに収容されるように前記入力軸に連結されたブルギアと、前記ギアボックスに収容されるとともに、軸心が前記ブルギアの軸心よりも上方に配置されるように前記第１圧縮機本体のスクリュロータの軸に連結され、前記ブルギアと噛み合う第１のピニオンギアと、前記ギアボックスに収容されるとともに、軸心が前記ブルギアの軸心よりも上方に、かつ前記ブルギアの軸心を通る鉛直線に対して前記第１のピニオンギアとは反対側に配置されるように前記第２圧縮機本体のスクリュロータの軸に連結され、前記ブルギアと噛み合う第２のピニオンギアとを備えてもよい。

前記接続ケーシングは、軸方向の一端に前記ギアボックスとの連結面を有するギアボックス側フランジ部を備えるとともに、軸方向の他端に前記モータとの連結面を有するモータ側フランジ部を備え、前記リブは、前記ギアボックス側フランジ部の連結面及び前記モータ側フランジ部の連結面に直交する方向に配置されている。このため、ギアボックス側フランジ部の連結面、及びモータ側フランジ部の連結面に直交する方向にリブを配置できるので、接続ケーシングに対してリブを確実に固定できる。

前記リブは前記作業孔付近に配置されることが好ましい。この構成によれば、接続ケーシングにおいて、鉛直方向のせん断剛性が低い作業孔付近にリブを設けることにより、接続ケーシングに効果的に剛性を補うことができる。

前記リブは複数箇所に設けられることが好ましい。この構成によれば、鉛直方向のせん断剛性が低い箇所に複数に分けて設けることにより、１箇所のみに設ける場合と同等の効果をより少ない重量の材料で得ることができる。

前記リブの仮想鉛直面への投影面積は前記作業孔の前記仮想鉛直面への投影面積と同じであることが好ましい。この構成によれば、必要最低限の重量の材料で、接続ケーシングの鉛直方向のせん断剛性の低下を回避できる。

本発明によれば、接続ケーシングに水平方向の作業孔及び上下方向に延びるリブを設けているので、コストの増加を抑えつつ、接続ケーシングの剛性の低下を回避し、メンテナンス性を向上させることができる。特に、接続ケーシングに上下方向に延びるリブを設けることにより、接続ケーシングの鉛直方向のせん断剛性を向上させ接続ケーシングの剛性の低下を回避できる。

本発明の第１実施形態のスクリュ圧縮機を示す平面図。本発明の第１実施形態のスクリュ圧縮機を示す側面図。本発明の第１実施形態のスクリュ圧縮機を示す側方部分断面図。ギアボックス内部のブルギアと第１及び第２のピニオンギアの位置関係を示す側方図。第１実施形態の接続ケーシングの側面図。図３のＩＶ−ＩＶ線断面図。第２実施形態の接続ケーシングの側面図。図５のＶＩ−ＶＩ線断面図。第３実施形態の接続ケーシングの側面図。図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図。仮想鉛直面上のリブ及び作業孔の投影面積を示す図。第４実施形態の接続ケーシングの側面図。図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図。第５実施形態の接続ケーシングの側面図。図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図。第６実施形態の接続ケーシングの縦断面図。図１４のＸＶ−ＸＶ線断面図。第７実施形態の接続ケーシングの縦断面図。図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線断面図。本発明の変形例を示す図。図１８のＩＸＸ−ＩＸＸ線断面図。本発明の変形例を示す図。本発明の変形例の接続ケーシングの断面図。本発明の変形例の接続ケーシングの側面図。図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線断面図。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

（第１実施形態）
図１Ａないし図１Ｃは本発明の第１実施形態のスクリュ圧縮機を示す。このスクリュ圧縮機１０は、圧縮機本体１１Ａ，１１Ｂ、モータ１２、ギアボックス１３、接続ケーシング１４を備える。

圧縮機本体１１Ａ，１１Ｂは、第１及び第２の圧縮機本体１１Ａ，１１Ｂであり、スクリュロータ１５Ａ，１５Ｂによって流体を圧縮する。

モータ１２は、圧縮機本体１１Ａ，１１Ｂの側方に配置され、圧縮機本体１１Ａ，１１Ｂに駆動力を供給する。モータ１２の軸１６には、カップリング１７を介して入力軸１８が連結されている。入力軸１８は、ギアボックス１３にモータ１２の駆動力を入力する。カップリング１７は接続ケーシング１４に収容されている。

ギアボックス１３は、モータ１２の駆動力をスクリュロータ１５Ａ，１５Ｂに伝達する。ギアボックス１３は、圧縮機本体１１Ａ，１１Ｂに連結されている。図１Ｃ及び図２に示すように、ギアボックス１３には、ブルギア１９、及びピニオンギア２０Ａ，２０Ｂが収容されている。ブルギア１９は、入力軸１８のカップリング１７側とは反対側に連結されている。第１の圧縮機本体１１Ａのスクリュロータ１５Ａのロータ軸２１Ａには、ブルギア１９と噛み合う第１のピニオンギア２０Ａが連結されている。また、第２の圧縮機本体１１Ｂのスクリュロータ１５Ｂのロータ軸２１Ｂには、ブルギア１９と噛み合う第２のピニオンギア２０Ｂが連結されている。ロータ軸２１Ａ，２１Ｂの軸心Ｐ，Ｑは、ブルギア１９の軸心Ｒよりも上方に配置されている。第２のピニオンギア２０Ｂは、ブルギア１９の軸心Ｒを通る鉛直線に対して第１のピニオンギア２０Ａとは反対側に配置されている。ギアボックス１３の内部には、ベアリングを介して入力軸１８を回転支持するギアボックスカバー２２が接続されている。

接続ケーシング１４は、ギアボックス１３とモータ１２とを接続し、水平軸Ｈを有するように配置された管状の接続ケーシングである。本実施形態の接続ケーシング１４は、円筒形状である。図３に示すように、接続ケーシング１４は、管部１４ａの軸方向の一端にギアボックス１３との連結面２３を有するギアボックス側フランジ部２４を備えている。また、接続ケーシング１４は、管部１４ａの軸方向の他端にモータ１２との連結面２５を有するモータ側フランジ部２６を備えている。ギアボックス側フランジ部２４、モータ側フランジ部２６、及び連結面２３，２５は、接続ケーシング１４の水平軸Ｈと略直交している。ギアボックス側フランジ部２４、モータ側フランジ部２６には、ギアボックス１３及びモータ１２に固定するボルト孔が設けられている。

接続ケーシング１４には、カップリング１７のメンテナンスを行うための水平方向の作業孔２７が設けられている。作業孔２７は、メンテナンスを容易にするために接続ケーシング１４の管部１４ａの側面の上下方向の中央に配置されている。作業孔２７を平面に展開した形状は、長円である。ここで、長円とは等サイズの２つの半円部とこれらをなめらかに結ぶ２本の直線部とからなる形状をいう。作業孔２７は、軸方向のカップリング１７に対応する位置で、前記２つの半円部が上下に位置するように配置されている。

接続ケーシング１４には、鉛直方向に延びるリブ２８が設けられている。リブ２８は、略矩形の平板である。リブ２８は、両側面がギアボックス側フランジ部２４、及びモータ側フランジ部２６に固定され、底面が管部１４ａの頂部１４ｂに固定されている。すなわち、リブ２８は、ギアボックス側フランジ部２４の連結面２３及びモータ側フランジ部２６の連結面２５に直交する方向に配置されている。

モータ１２を作動させると、入力軸１８から入力された駆動力は、ブルギア１９から、第１及び第２のピニオンギア２０Ａ，２０Ｂへ伝達され、第１及び第２の圧縮機本体１１Ａ，１１Ｂのスクリュロータ１５Ａ，１５Ｂのロータ軸２１Ａ，２１Ｂへと伝達される。そして、スクリュロータ１５Ａ，１５Ｂが回転し、流体が圧縮される。

接続ケーシング１４を有するスクリュ圧縮機１０では、接続ケーシング１４のモータ側結合部にモータ１２の重量の一部が荷重として掛かる。また、運転時にはモータ１２とギアボックス１３がそれぞれ振動するため、接続ケーシング１４に力が作用する。特に鉛直方向の応力が大きい。

鉛直方向の応力が大きい理由は、ギアボックス１３の振動の大きさとモータ１２の振動の大きさの違いにある。図２に示すように、２つの圧縮機本体１１Ａ，１１Ｂを有するスクリュ圧縮機１０では、２つのピニオンギア２０Ａ，２０Ｂがブルギア１９の上方に配置されて駆動力を伝達する。

圧縮機本体１１Ａ，１１Ｂに動力を伝えるギア１９，２０Ａ，２０Ｂは、駆動時にギア１９，２０Ａ，２０Ｂ間で分離力が働く。この力はブルギア１９の中心とピニオンギア２０Ａ，２０Ｂの中心を繋いだ延長線上の方向に働く。したがって、スクリュ圧縮機１０を作動させると、分離力が足し合わされ入力軸１８及びブルギア１９に対して鉛直下向きの力が強くなる。これにより、ブルギア１９に連結された入力軸１８を介して力が作用するギアボックスカバー２２においては、鉛直振動が大きくなる。したがって、ギアボックスカバー２２が接続されているギアボックス１３、ひいてはギアボックス１３側の接続ケーシング１４においても同様に鉛直方向の振動が大きくなる。

一方、モータ１２側の軸１６はカップリング１７により入力軸１８と接続されているため、振動が入力軸１８側からモータ軸１６に伝わりにくい。さらにモータ１２は重量が大きく、振動しづらい為、振動は小さい。これらの結果からモータ１２側の接続ケーシング１４の鉛直方向の振動は小さい。これにより、接続ケーシング１４では鉛直方向のせん断変形が発生する。この場合でも、接続ケーシング１４に上下方向に延びるリブ２８を設けているので、接続ケーシング１４の鉛直方向のせん断剛性を向上させ接続ケーシング１４の剛性の低下を回避できる。

本発明によれば、接続ケーシング１４に水平方向の作業孔２７及び上下方向に延びるリブ２８を設けているので、コストの増加を抑えつつ、接続ケーシング１４の剛性の低下を回避し、メンテナンス性を向上させることができる。特に、接続ケーシング１４に上下方向に延びるリブ２８を設けることにより、接続ケーシング１４の鉛直方向のせん断剛性を向上させ接続ケーシング１４の剛性の低下を回避できる。

ギアボックス側フランジ部２４の連結面２３、及びモータ側フランジ部２６の連結面２５に直交する方向にリブ２８を配置できるので、接続ケーシング１４に対してリブ２８を確実に固定できる。

（第２実施形態）
図５及び図６に示すように、リブ２８は接続ケーシング１４の作業孔２７付近に配置されている。リブ２８は、両側面がギアボックス側フランジ部２４、及びモータ側フランジ部２６に固定され、底面が管部１４ａの作業孔上端縁部３１に固定されている。この構成によれば、接続ケーシング１４において、鉛直方向のせん断剛性が低い作業孔２７付近にリブ２８を設けることにより、接続ケーシング１４に効果的に剛性を補うことができる。

第２実施形態のその他構成及び作用は、第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図７及び図８に示すように、接続ケーシング１４には、２つのリブ２８Ａ〜Ｂが設けられている。２つのリブ２８Ａ，２８Ｂは、軸心を通る水平線に対して対称となる位置の作業孔２７付近に配置されている。リブ２８Ａは、両側面がギアボックス側フランジ部２４、及びモータ側フランジ部２６に固定され、底面が管部１４ａの作業孔上端縁部３１に固定されている。リブ２８Ｂは、両側面がギアボックス側フランジ部２４、及びモータ側フランジ部２６に固定され、底面が管部１４ａの作業孔下端縁部３２に固定されている。この構成によれば、鉛直方向のせん断剛性が低い箇所に複数に分けて設けることにより、１箇所のみに設ける場合と同等の効果をより少ない重量の材料で得ることができる。

本実施形態では、特に、以下のように構成することもできる。リブ２８Ａ〜Ｂの幅は、管部１４ａの軸方向の長さと同じである。リブ２８Ａ〜Ｂの厚さは管部１４ａの厚さと同じである。リブ２８Ａ〜Ｂの高さは、図９に示す仮想鉛直面３３へのリブ２８Ａ〜Ｂの投影面積が作業孔２７の仮想鉛直面３３への投影面積と同じになるように設定されている。すなわち、リブ２８Ａの面積Ｓ１とリブ２８Ｂの面積Ｓ２の和は、作業孔２７の仮想鉛直投影面３３への投影面積Ｓ３と同じである。この構成によれば、必要最低限の重量の材料で、接続ケーシングの鉛直方向のせん断剛性の低下を回避できる。

第３実施形態のその他構成及び作用は、第２実施形態と同様である。

（第４実施形態）
図１０及び図１１に示すように、接続ケーシング１４には、４つのリブ２８Ａ〜Ｄが設けられている。また、接続ケーシング１４には、作業孔２７Ａ，２７Ｂが軸心を通る鉛直線に対して対称となる位置に配置されている。４つのリブ２８Ａ〜Ｄのうち、２つのリブ２８Ａ，２８Ｂは、軸心を通る水平線に対して対称となる位置の作業孔２７Ａ付近に配置されている。残りの２つのリブ２８Ｃ，２８Ｄは、軸心を通る水平線に対して対称となる位置の作業孔２７Ｂ付近に配置されている。リブ２８Ａ，２８Ｂは、軸心を通る鉛直線に対して、リブ２８Ｃ，２８Ｄと対称となる位置に配置されている。リブ２８Ａ，２８Ｃは、両側面がギアボックス側フランジ部２４、及びモータ側フランジ部２６に固定され、底面が管部１４ａの作業孔上端縁部３１に固定されている。リブ２８Ｂ，２８Ｄは、両側面がギアボックス側フランジ部２４、及びモータ側フランジ部２６に固定され、底面が管部１４ａの作業孔下端縁部３２に固定されている。

第４実施形態のその他構成及び作用は、第３実施形態と同様である。

（第５実施形態）
図１２及び図１３に示すように、本実施形態では、接続ケーシング１４に作業孔２７Ｂが設けられていない点のみ第４実施形態と異なる。

第５実施形態のその他構成及び作用は、第４実施形態と同様である。

（第６実施形態）
図１４及び図１５に示すように、リブ２８は接続ケーシング１４の管部１４ａの内壁頂部３４に配置されている。リブ２８の頂面は管部１４ａの内壁頂部３４に固定されている。

第６実施形態のその他構成及び作用は、第１実施形態と同様である。

（第７実施形態）
図１６及び図１７に示すように、接続ケーシング１４には、２つのリブ２８Ａ〜Ｂが設けられている。リブ２８Ａは接続ケーシング１４の管部１４ａの内壁頂部３４に配置されている。リブ２８Ａの頂面は管部１４ａの内壁頂部３４に固定されている。リブ２８Ｂは、両側面がギアボックス側フランジ部２４、及びモータ側フランジ部２６に固定され、底面が管部１４ａの頂部１４ｂに固定されている。

第７実施形態のその他構成及び作用は、第１実施形態と同様である。

なお、本発明のスクリュ圧縮機は、前記実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように種々の変更が可能である。

以上の実施形態で示したリブ２８の断面形状は矩形であるが、必ずしも矩形でなくてもよく、図１８及び図１９に示す三角形、もしくは多角形等であってもよい。

管状の接続ケーシング１４は、四角管等の角管、楕円管等であってもよい。

図２０及び図２１に示すように、接続ケーシング１４は、ギアボックス側フランジ部２４、及びモータ側フランジ部２６の両方、またはいずれか一方を有していなくてもよい。この場合、フランジ部２４，２６に代えて座ぐり３５を設けてもよい。また、リブ２８は、接続ケーシング１４の内壁に設けてもよい。

第３実施形態で示したリブ２８の大きさの設定方法は、複数のリブ２８を有する他の実施形態、すなわち第４，５及び７実施形態に適用してもよい。

また、図２２及び図２３に示すように、リブ２８は、管部１４ａの外壁面上の作業孔２７の中心３６と作業孔２７の上端３７とを結んだ線と平行になる位置まで、すなわち軸方向視したときに鉛直線に対して角度αまで傾斜させて設けることもできる。このように、接続ケーシング１４に上下方向に延びるリブ２８を設けることができる。角度αまでとすることで、リブ２８の仮想鉛直面への投影面積が作業孔２７の投影面積と同じである場合においても、リブ２８の重量が作業孔２７を開けることにより減少したケーシングの重量を上回ることがないので、コスト増加を抑えることができる。

１０スクリュ圧縮機
１１Ａ第１の圧縮機本体
１１Ｂ第２の圧縮機本体
１２モータ
１３ギアボックス
１４接続ケーシング
１４ａ管部
１４ｂ頂部
１５Ａ，１５Ｂスクリュロータ
１６軸
１７カップリング
１８入力軸
１９ブルギア
２０Ａ第１のピニオンギア
２０Ｂ第２のピニオンギア
２１Ａ，２１Ｂロータ軸
２２ギアボックスカバー
２３連結面
２４ギアボックス側フランジ部
２５連結面
２６モータ側フランジ部
２７，２７Ａ，２７Ｂ作業孔
２８，２８Ａ〜Ｄリブ
３１作業孔上端縁部
３２作業孔下端縁部
３３仮想鉛直面
３４内壁頂部
３５座ぐり
Ｈ水平軸
Ｐ軸心
Ｑ軸心
Ｒ軸心

Claims

スクリュロータによって流体を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体の側方に配置され、前記圧縮機本体に駆動力を供給するモータと、
前記圧縮機本体に連結され、前記モータの駆動力を前記スクリュロータに伝達するギアボックスと、
前記ギアボックスと前記モータとを接続し、水平軸を有する管状の接続ケーシングと、
前記モータの軸に連結され、前記ギアボックスに前記モータの駆動力を入力する入力軸と、
前記接続ケーシングに収容され、前記入力軸と前記モータの軸とを連結するカップリングと、
前記接続ケーシングに設けられた、前記カップリングのメンテナンスを行うための水平方向の作業孔と、
前記接続ケーシングに設けられ、上下方向のみに延びるリブとを備え、
前記接続ケーシングは、軸方向の一端に前記ギアボックスとの連結面を有するギアボックス側フランジ部を備えるとともに、軸方向の他端に前記モータとの連結面を有するモータ側フランジ部を備え、
前記リブは、前記ギアボックス側フランジ部の連結面及び前記モータ側フランジ部の連結面に直交する方向に配置されていることを特徴とするスクリュ圧縮機。
前記リブは鉛直方向に延びていることを特徴とする請求項１に記載のスクリュ圧縮機。
前記圧縮機本体は第１及び第２の圧縮機本体からなり、
前記ギアボックスに収容されるように前記入力軸に連結されたブルギアと、
前記ギアボックスに収容されるとともに、軸心が前記ブルギアの軸心よりも上方に配置されるように前記第１圧縮機本体のスクリュロータの軸に連結され、前記ブルギアと噛み合う第１のピニオンギアと、
前記ギアボックスに収容されるとともに、軸心が前記ブルギアの軸心よりも上方に、かつ前記ブルギアの軸心を通る鉛直線に対して前記第１のピニオンギアとは反対側に配置されるように前記第２圧縮機本体のスクリュロータの軸に連結され、前記ブルギアと噛み合う第２のピニオンギアと
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のスクリュ圧縮機。
前記リブは前記作業孔付近に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のスクリュ圧縮機。
前記リブは複数箇所に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のスクリュ圧縮機。
前記リブの仮想鉛直面への投影面積は前記作業孔の前記仮想鉛直面への投影面積と同じであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のスクリュ圧縮機。