JPH0754637Y2 - 多段ターボ圧縮機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、多段ターボ圧縮機の改善に係り、特に蒸気タ
ービンを駆動源とする多段ターボ圧縮機に関する。

〔従来の技術〕

一般に、生産工場等では圧縮空気を消費する機器が多用
されており、特に近年では生産工場等において自動化の
進行に伴ってエアー作動弁、エアーシリンダ、ベンチュ
リー管等の圧縮空気を必要とする種々のエアー機器が増
大し、しかも益々増大する傾向がある。周知のように、
エアー機器を作動させる圧縮空気を得るには圧縮機が用
いられているが、このような圧縮機の中に多段ターボ圧
縮機がある。この種の多段ターボ圧縮機としては、例え
ば特公昭58-17358号公報や実公昭58-15677号公報等にお
いて開示されてなるものが公知である。

以下、これら多段ターボ圧縮機の例を、その一部断面構
成平面図の第３図及び第４図を参照しながら説明する。
なお、第３図は特公昭58-17358号公報において、また第
４図は実公昭58-15677号公報においてそれぞれ示されて
なるものである。

これら多段ターボ圧縮機の構成は、両図から良く理解さ
れるように、ギヤハウジング（１）の略中央に、駆動源
（ｍ）により回転継手（ｃ）を介して回転される駆動軸
（２）が支持されており、この駆動軸（２）によって、
ギヤハウジング（１）内に収容された状態で設けられて
いる大歯車（2a）が回転されるようになっている。

さらに、このギヤハウジング（１）によって、前記大歯
車（2a）に噛合う小歯車（3a）を有し、前記駆動軸
（２）と平行な被駆動軸（３）がこの駆動軸（２）を中
心とする両側にそれぞれ支持されており、これら被駆動
軸（３）のギヤハウジング（１）からの両突出端のそれ
ぞれにインペラ（４）が固着されると共に、これらイン
ペラ（４）のそれぞれには、このインペラ（４）を囲繞
するケーシング（５）が前記ギヤハウジング（１）の側
面にそれぞれ固着され、かつ前記ケーシング（５）に
は、第３図に示すように、順次直列に配管（ｔ）が連通
してなる構成になっている。

以下、上記構成になる多段ターボ圧縮機の作用態様を説
明すると、駆動源（ｍ）の運転により、回転継手（ｃ）
を介して駆動軸（２）が回転されると、この回転力が大
歯車（2a）、小歯車（3a）、被駆動軸（３）に順次伝達
され、インペラ（４）は増速回転されて、ケーシング
（５）の空気吸込口（６）から吸込まれた空気は、４つ
のインペラ（４）で順次圧縮される。つまり、この多段
ターボ圧縮機によれば、空気は４段圧縮される。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記構成になる多段ターボ圧縮機はそれなりに有用であ
って、この多段ターボ圧縮機を電動機で回転させる場合
には特に問題が生じたりすることがない。しかしなが
ら、種々の事情、例えば蒸気の単価が安いこと等の理由
により蒸気タービンでこのような多段ターボ圧縮機を直
接回転させようとすると、この多段ターボ圧縮機には以
下に説明するような問題が生じてくる。

即ち、多段ターボ圧縮機のインペラ、蒸気タービンは共
に最高の効率を出し得る所定範囲内の回転（6000〜1000
0rpm）で運転することがエネルギー効率上望ましい。と
ころが、蒸気タービンのタービンブレードは高速の周
速、つまり極めて高速回転であるのに対して、増速機入
力軸（低速軸）の好ましい回転数は1000〜1800rpmであ
って蒸気タービンの回転ほど高速回転ではない。従っ
て、蒸気タービンを上記増速機入力軸の好ましい低速回
転（1000〜1800rpm）で運転すると、蒸気タービンとし
ては低効率で運転しなければならず、エネルギーコスト
に関して極めて不利になってしまう。

このような問題を解決するには、蒸気タービンのタービ
ンブレードの周速を上げるためにタービン径を大径にす
れば解決し得るが、すると蒸気タービン自体が大型にな
り広い据付けスペースが必要になるという設備費増をも
たらす。

また、蒸気タービンと多段ターボ圧縮機との間に減速機
を介装して駆動軸を回転させれば、上記のような不具合
を解消し得るが、この場合も減速機を介装するが故に装
置全体の機械効率が低下するのに加えて、この装置全体
が大型になり広い据付けスペースが必要になるという設
備費増をも来すことになる。

従って、上記何れの場合にあっても経済的に極めて不利
にならざるを得ない。

さらに、減速機を介装する場合には、整備に際して減速
機の整備に加えて、タービンと減速機、減速機と駆動軸
との間の回転継手の取外し、再組立に際しての調整作業
等が増え、メインテナンスコスト増を回避することがで
きなくなる。

ならば、増速機としてのギヤトレーン構成を減速機とし
てのギヤトレーン構成に変更する、つまり駆動軸の大歯
車を小歯車に、被駆動軸の小歯車を大歯車にそれぞれ置
き換えれば、上記問題を解決し得るように考えられる。
勿論、理屈上は全く正しいけれども、実際問題としては
インペラの所要回転数に係る下記の如き技術上の問題が
ある。

確かに、上記のとおり、インペラの回転数は蒸気タービ
ンのそれに比較して低速回転であるとはいうものの、イ
ンペラの回転数は例えば6000rpm程度もあって、一般的
な観念からすれば決して低速回転ではなく高速回転であ
る。

故に、被駆動軸の大歯車を高速回転で回転させなければ
ならないが、そうするとマスの大きな大歯車に遠心力や
振動等に基づく破損の恐れを避けるために、安全係数を
高くしなければならないのに加えて高信頼性のものにし
なければならないので、極めて高価になり経済的に不利
にならざるを得ず、上記問題の完全解決策とはなり得な
い。

従って、本考案は上記問題点を回避し得て、低価格でし
かも蒸気タービンで駆動し得る多段ターボ圧縮機の提供
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は、上記実情に鑑みてなされたものであって、従
って本考案に係る多段ターボ圧縮機の構成は、ギヤハウ
ジングに支持されてなる単一の大歯車に噛合って該大歯
車から駆動力を受ける小歯車を具備した１つ以上の回転
軸と、これら回転軸に１つもしくは２つのインペラが装
着され、かつ少なくとも１つの回転軸には２つのインペ
ラが装着されて、各圧縮段を構成する多段ターボ圧縮機
において、前記ギヤハウジングにより蒸気タービンにて
直接回転され、かつ小歯車を有する駆動軸を支持すると
共に、該小歯車を前記大歯車に噛合わせてなることを特
徴とする。

〔作用〕

本考案に係る多段ターボ圧縮機によれば、大歯車に小歯
車を介して蒸気タービンで回転させる構成にしたので、
蒸気タービンの回転数を最も効率の良い回転数で運転す
ることができ、さらに上記小歯車と大歯車との噛合いに
より増速機入力軸が好ましい回転数に減速される。そし
て、インペラの回転軸に装着される歯車はインペラのサ
イズ、即ち圧縮機の容量に応じた最適回転数となるよう
に選ぶことができ、多段ターボ圧縮機を効率の良い最適
条件で運転することができる。

従って、タービンブレードの径を大径にしてブレードの
周速を上げるといった手段を講ずる必要がなく、しかも
高速回転される駆動軸の歯車は小歯車であってそのマス
が小さいので、これを高速回転させても破損の恐れが少
ない。

〔実施例〕

本考案に係る多段ターボ圧縮機の１実施例を、その模式
的に示す一部断面構成平面図の第１図と、第一図のII-I
I線断面をその設置状態で示した断面図の第二図とを参
照しながら、従来と同一のもの及び同一機能を有するも
のを同一符号を以て以下に説明する。

即ち、この実施例になる多段ターボ圧縮機の構成は従来
のものと略類似の構成であって、ギヤハウジング（１）
の略中央に、このギヤハウジング（１）内に収容された
状態の大歯車（2a）を有する第１被駆動軸（２）が設け
られている。さらに、このギヤハウジング（１）によっ
て、前記大歯車（2a）に噛合う小歯車（3a）を有し、前
記第１被駆動軸（２）と平行な第２被駆動軸（３）がこ
の第１被駆動軸（２）を中心とする両側にそれぞれ支持
されており、これら第２被駆動軸（３）のギヤハウジン
グ（１）からの両突出端のそれぞれにインペラ（４）が
固着されると共に、このインペラ（４）を囲繞するケー
シング（５）が前記ギヤハウジング（１）の側面にそれ
ぞれ固着されている。

そして、図示省略しているが、従来と同様に、ケーシン
グ（５）には順次直列に配管が連通してなる構成になっ
ている。

さらに、第２図に示すように、第１被駆動軸（２）の直
上方位置において、前記大歯車（2a）に噛合う駆動小歯
車（7a）を有し、かつこの第１被駆動軸（２）と平行な
駆動軸（７）が支持されており、この駆動軸（７）は回
転継手（ｃ）を介して蒸気タービン（ｍ）の出力軸によ
り回転される構成になっている。

以下、上記構成になる多段ターボ圧縮機の作用態様につ
いて説明すると、蒸気タービン（ｍ）の運転により回転
継手（ｃ）を介して駆動軸（７）が回転されると、この
回転力が駆動小歯車（7a）、大歯車（2a）、小歯車（3
a）、第２被駆動軸（３）に順次伝達され、インペラ
（４）は増速回転される。そして、そのケーシング
（５）に設けられた空気吸込口（６）から吸込まれた空
気は４つのインペラ（４）によって順次圧縮され、４段
圧縮されることになる。

このような構成の多段ターボ圧縮機の運転中において、
周知のように、蒸気タービン（ｍ）のタービンブレード
は極めて高速回転であるが、前記駆動小歯車（7a）と大
歯車（2a）との歯数比、所謂減速比を所定の値に設定す
ることにより、この大歯車（2a）は従来の電動機による
回転数と同等の回転数で回転されることになるから、イ
ンペラ（４）は圧縮効率的に好ましい所望の回転数で回
転される。つまり、これにより蒸気タービン（ｍ）をタ
ービンブレード径が大径の大型蒸気タービンにする必要
がないのに加えて、前記駆動軸（７）の駆動小歯車（7
a）が小径であるため、高速回転による破損の恐れがな
くなる。

さらに、この実施例になる多段ターボ圧縮機は蒸気ター
ビン（ｍ）に直結されて回転されるので、その設置スペ
ースも従来と同等程度で良く、装置自体の修理に伴う分
解・組立時の回転継手（ｃ）の心出し作業も従来と同様
に一個所で済むこととなり、蒸気タービン（ｍ）で駆動
することによって生じる筈の経済的な不利を解消するこ
とができるようになった。

なお、上記実施例は本考案の一具体例にすぎず、従って
上記実施例によって本考案の技術的思想の範囲が限定さ
れるものではない。

〔考案の効果〕

以上詳述したように、本考案に係る多段ターボ圧縮機に
よれば、大歯車に小歯車を介して蒸気タービンで回転さ
せる構成にしたので、蒸気タービンの回転数を最も効率
の良い回転数で運転でき、さらに上記小歯車と大歯車と
の噛合いにより増速機入力軸が好ましい回転数に減速さ
れる。そして、インペラの回転軸に装着される歯車はイ
ンペラのサイズ、即ち圧縮機の容量に応じた最適回転数
となるように選ぶことができ、多段ターボ圧縮機を効率
の良い最適条件で運転することができる。従って、ター
ビンブレードの径を大径にしてブレードの周速を上げる
といった手段を講じる必要がなく、しかも高速回転され
る駆動軸の歯車は小歯車であってそのマスが小さく、こ
れを高速回転させても破損の恐れが少ないので、減速機
を介する等に伴って生じる経済上の不利を確実に解消し
得て、蒸気タービンにより多段ターボ圧縮機を回転し得
るようになり、駆動源の選択肢の拡大を可能ならしめる
点に対して極めて多大な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例に係る多段ターボ圧縮機を模式
的に示す一部断面構成平面図、第２図は第１図のII-II
線断面を設置状態で示した断面図、第３図は第１従来例
になる多段ターボ圧縮機の一部断面構成平面図、第４図
は第２従来例になる多段ターボ圧縮機の一部断面構成平
面図である。 （１）……ギヤハウジング，（２）……第１被駆動軸，
（2a）……大歯車，（３）……第２被駆動軸，（3a）…
…小歯車，（４）……インペラ，（５）……ケーシン
グ，（６）……空気吸込口，（７）……駆動軸，（7a）
……駆動小歯車，（ｃ）……回転継手，（ｍ）……蒸気
タービン。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ギヤハウジングに支持されてなる単一の大
   歯車に噛合って該大歯車から駆動力を受ける小歯車を具
   備した１つ以上の回転軸と、これら回転軸に１つもしく
   は２つのインペラが装着され、かつ少なくとも１つの回
   転軸には２つのインペラが装着されて、各圧縮段を構成
   する多段ターボ圧縮機において、 前記ギヤハウジングにより蒸気タービンにて直接回転さ
   れ、かつ小歯車を有する駆動軸を支持すると共に、該小
   歯車を前記大歯車に噛合わせてなることを特徴とする多
   段ターボ圧縮機。