JP5163932B2 - 歯車駆動ターボ圧縮機 - Google Patents
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Description
この例において、歯車駆動ターボ圧縮機50は4段圧縮機であり、4つのコンプレッサインペラ51(以下、羽根車と呼ぶ)で対象ガスを順次圧縮し高圧を得るようになっている。なお図3Bにおいて、羽根車を囲むケーシング(コンプレッサハウジング)とガス流路は図示を省略している。
大歯車52と小歯車53が収容される歯車箱54の下部には水平に延びる防風板55が取り付けられており、各歯車の高速回転により歯車箱54内に生じる高速の空気流により下方に位置する潤滑油56の流れを乱さないようになっている。
スラスト軸受58は、高負荷であるため一般的に滑り軸受が用いられる。
図4に示すように、この遠心圧縮機は、羽根車61の軸方向位置をピニオン軸62のスラストカラー68とギヤ軸のギヤスラスト受け面を介してギヤ軸63のスラスト軸受65で規制し、かつスラスト軸受65を軸方向に移動させる油圧または空気圧作動機構を設け、スラスト軸受の軸方向移動により起動時と定常運転時とで羽根車の軸方向位置を変え、オープン型羽根車の羽根先端とケーシングのシュラウド部との隙間を調節できるようにしたものである。
図5に示すように、この発明は、極低温発生用などに使用されるタービン膨張機において、タービン翼車71とコンプレッサ翼車74の一方又は両方の前面又は背面に対向する位置に前記面との間に微小隙間を介して螺旋状の溝をつけた軸受体72,73を設置したものである。
そのため、上述したように、従来の歯車駆動ターボ圧縮機では、小歯車軸のガススラスト力を、スラストカラーを介して大歯車軸に伝達し、大歯車軸に設置されたスラスト軸受で支持するようになっている。
また、このような歯車駆動ターボ圧縮機では、図3Bに示すように、大歯車軸の軸移動を計測する非接触距離センサ59を設け、大歯車軸の軸移動を常時監視し、過大な軸移動が発生した場合、圧縮機を停止するようになっている。
該大歯車と歯合し小歯車軸の軸心を中心に高速回転する小歯車と、
前記小歯車軸に固定されその軸心を中心に高速回転する羽根車と、
前記小歯車軸に固定され前記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と、
前記大歯車軸に作用するスラスト力を支持するスラスト軸受とを備えた歯車駆動ターボ圧縮機であって、
前記スラスト軸受で支持された小歯車軸が所定の閾値を超えて軸方向に移動するときにその移動量を制限するスラスト方向移動量制限器を備えた、ことを特徴とする歯車駆動ターボ圧縮機が提供される。
従って、羽根車とケーシングとの過大接触を本質的に回避するように所定の閾値を設定することで、大歯車軸に過大な軸移動が発生した場合に、羽根車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。
さらに、スラスト方向移動量制限器の下方にラジアル軸受から排出される潤滑油を通す貫通穴を有する。スラスト制限器は、ラジアル軸受からの排油が歯車箱内部に飛散するのを防止することができ、スラスト制限器の貫通穴より排油を適切に歯車箱下方へ排出することができる。これにより高速で回転する部品(歯車など)に飛散した排油がかかる可能性が少なくなり、油の攪拌損失を防止することができる。
この図において、本発明の歯車駆動ターボ圧縮機10は、4段圧縮機であるが、本発明はこれに限定されず、1段圧縮機でも、2、3段、又は5段以上の圧縮機であってもよい。
スラストカラー18と大歯車12の歯部との隙間は、油潤滑により低抵抗で摺動可能な限りで十分小さい隙間(例えば、0.1〜0.2mm)に設定する。
また、23は、ガスシールであり、羽根車16で加圧されたガスが、ラジアル軸受22に流入しないようになっている。ガスシール23は、ラビリンスシール、ドライガスシール、オイルフィルムシール、メカニカルシール等を用いることができる。
なお、補助スラストカラー17は不可欠ではなく、スラストカラー18と一体に形成してもよい。
本発明の歯車駆動ターボ圧縮機10は、さらに大歯車軸11(この例では大歯車12)の軸移動を計測する非接触距離センサ24を備える。非接触距離センサ24は、大歯車軸11又は大歯車12の軸移動を非接触で検出できる磁気センサ、過流センサ、静電容量センサ、光学センサ等である。
この非接触距離センサ24の出力は、図示しない制御ラインを介して制御装置に入力され、この制御装置で大歯車軸11の軸移動を常時監視し、過大な軸移動が発生した場合、圧縮機を停止するようになっている。
この図に示すように、スラスト方向移動量制限器30は、上下に2分割可能な中空リング部材であり、小歯車軸13の半径方向力を支持するラジアル軸受22を収容する円形貫通穴に取り付けられている。
また、スラスト方向移動量制限器30は、その下方にラジアル軸受22から排出される潤滑油を通す貫通穴32を有する。
スラスト方向移動量制限器30は、歯車箱の小歯車軸13(直接的には補助スラストカラー17)を支持できる位置に設置されている。
またスラスト方向移動量制限器30の摺動面31の軸方向位置を微調整するためにスラスト方向移動量制限器30を調整加工する都合から、歯車箱15から容易に脱着可能な構造となっている。すなわち、スラスト方向移動量制限器30の取り付けは、歯車箱側の溝にスラスト方向移動量制限器30を嵌めこむ構造となっている。この場合、スラスト方向移動量制限器30の上半分を上側の歯車箱側の溝に嵌め、スリット部33を上側歯車箱に固定するのがよい。
また、スラスト方向移動量制限器30は軸受からの排油が歯車箱内部に飛散するのを防止する役割も兼ねている。
13 小歯車軸、14 小歯車、16 羽根車、
17 補助スラストカラー、18 スラストカラー、
20 スラスト軸受、22 ラジアル軸受、
23 ガスシール、24 非接触距離センサ、
30 スラスト方向移動量制限器、31 摺動面、
32 貫通穴、33 スリット部
Claims (3)
- 外部駆動装置により大歯車軸の軸心を中心に回転駆動される大歯車と、
該大歯車と歯合し小歯車軸の軸心を中心に高速回転する小歯車と、
前記小歯車軸に固定されその軸心を中心に高速回転する羽根車と、
前記小歯車軸に固定され前記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と、
前記大歯車軸に作用するスラスト力を支持するスラスト軸受とを備えた歯車駆動ターボ圧縮機であって、
正常な運転時には、大歯車軸の前記スラスト軸受により前記小歯車軸の軸方向の移動量は所定の閾値以下であり、
前記スラスト軸受で支持された小歯車軸が前記所定の閾値を超えて軸方向に移動するときにその移動量を制限するスラスト方向移動量制限器を備えた、ことを特徴とする歯車駆動ターボ圧縮機。 - 前記スラスト方向移動量制限器は、前記大歯車と小歯車が収容された歯車箱内側に取り付けられ、前記スラストカラーの外面から前記所定の閾値を隔てて位置する摺動面を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の歯車駆動ターボ圧縮機。
- 前記スラスト方向移動量制限器は、前記小歯車軸の半径方向力を支持するラジアル軸受を収容する円形貫通穴に取り付けられ、上下に分割可能な中空リング部材であり、その下方にラジアル軸受から排出される潤滑油を通す貫通穴を有する、ことを特徴とする請求項1または2に記載の歯車駆動ターボ圧縮機。
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