JP5204016B2

JP5204016B2 - ターボ圧縮機

Info

Publication number: JP5204016B2
Application number: JP2009064311A
Authority: JP
Inventors: 徹吉岡
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2029-03-17
Also published as: JP2010216378A

Description

本発明は、羽根車の回転軸が、駆動軸から駆動ギアを介して駆動されるギア内蔵型のターボ圧縮機に関するものである。

先ず、従来例に係るターボ圧縮機について、以下添付図７，８を参照しながら説明する。図７は従来技術１に係る遠心羽根車を備えるターボ圧縮機の縦断面図、図８は従来技術２に係るターボ圧縮機の実施の形態を示し、４段圧縮構成を示す平断面図である。

従来技術１に係るターボ圧縮機は、図７に示す如く、遠心羽根車１３を回転する回転軸１７は、回転駆動源から伝わるトルクによってギヤー１８、該ギヤー１８と噛み合うピニオン１９を介して回転駆動される。羽根車１３とスラストカラー１６Ａ，１６Ｂとは、キーもしくは焼嵌め等により回転軸１７と一体構造になっている。回転軸１７に伝わったトルクは羽根車１３に伝達され、この羽根車１３の回転によって対象ガスが圧縮される。

対象ガスを圧縮する際に、羽根車１３の吸込口側と吐出口側とで圧力差が生じ、この圧力差が主な原因となって回転軸１７に左方向へスラスト力が発生する。このスラスト力は、前記スラストカラー１６Ａ，１６Ｂのうち、１６Ｂによって受け止められる。より詳しくは、該スラストカラー１６Ａ，１６Ｂはギヤー１８の左右側面の端部に接触することによって左右方向のスラストが受け止められる構造になっている。またギヤー１８は、ラジアル力及びスラスト力の両方を受け止める図示しない軸受によって支持されている（特許文献１参照）。この様な従来例１におけるケーシング１４は、羽根車１３と同心状に形成されている。

また、従来技術２に係るターボ圧縮機は、図８に示す如く、ケーシング２２が軸箱部２０を有し、この軸箱部２０の一側面に第１圧縮機３１、第３圧縮機３３が設けられ、前記軸箱部２０の他側面に第２圧縮機３２が設けられ、前記第１圧縮機３１と前記第２圧縮機３２とは同一中心線上に配置されると共に、第１回転軸２６によって駆動され、前記第３圧縮機３３は前記第１回転軸２６に平行に設けられた第２回転軸３６によって駆動され、前記第１回転軸２６、前記第２回転軸３６は、駆動軸２１によって回転され、前記第２圧縮機３２に隣接する部分に空スペースが形成され、この空スペースには前記第２回転軸３６によって駆動される第４圧縮機４３を取付け可能とした（特許文献２参照）。

従来技術２に係る前記ターボ圧縮機によれば、前記従来例１と同様、第１圧縮機ハウジング２７、第２圧縮機ハウジング２８、第３圧縮機ハウジング２９及び第４圧縮機ハウジング３７は、夫々第１翼車２３、第２翼車２４、第３翼車２５及び第４翼車４２と同心状に形成されている。尚、図８において、油ポンプ自体は図示されていないが、駆動軸２１の最上部が前記油ポンプとの接合部となる。

特開２００４−１９７８４８号公報特開２００５−２４８８３２号公報

一般的に、ターボ圧縮機として良好な性能を確保するためには、適度の大きさのケーシングが必要となる。しかしながら、上記従来技術１，２の如く、羽根車回転軸が駆動軸から駆動ギア（ブルギア）を介して駆動されるギア内蔵型のターボ圧縮機において、油ポンプを前記駆動軸に直結しようとする場合、ケーシングを大きくすると、前記油ポンプとこのケーシングが干渉して、油ポンプの取付が不可能となることがある。

一方、前記油ポンプとケーシングが干渉した場合は、アイドルギアを追加して油ポンプの位置を前記ケーシングから離したり、駆動モータの反圧縮機側に油ポンプを取付けたりしなければならないので、製造コストを増加させることになる。

従って、本発明の目的は、ギア内蔵型のターボ圧縮機において、ケーシングの適度な大きさを確保し、かつ、油ポンプを駆動軸に直結し得る構造のターボ圧縮機を提供しようとするものである。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るターボ圧縮機が採用した手段は、羽根車の回転軸が駆動軸から駆動ギアを介して駆動され、前記羽根車を覆うハウジングバレル部が備えられたギア内蔵型のターボ圧縮機において、前記羽根車の回転軸中心に対して前記ハウジングバレル部中心をずらし、前記駆動軸に直結される油ポンプ側に前記ハウジングバレル部、及びこのハウジングバレル部の内側に設けられたスクロールケーシングによって形成される気体流路の小さい部分が配置される一方、反油ポンプ側に前記気体流路の大きい部分が配置されてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項２に係るターボ圧縮機が採用した手段は、請求項１に記載のターボ圧縮機において、圧縮された気体が前記気体流路に流入するスクロールケーシングの前縁部半径が、前記羽根車の回転軸中心から常に一定の距離に形成されてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項３に係るターボ圧縮機が採用した手段は、請求項１または２に記載のターボ圧縮機において、前記ターボ圧縮機のハウジングによって形成された吐出流路が、スクロールケーシングによって形成される前記気体流路より大きく形成されてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係るターボ圧縮機によれば、羽根車の回転軸が駆動軸から駆動ギアを介して駆動され、前記羽根車を覆うハウジングバレル部が備えられたギア内蔵型のターボ圧縮機において、前記羽根車の回転軸中心に対して前記ハウジングバレル部中心をずらし、前記駆動軸に直結される油ポンプ側に前記ハウジングバレル部、及びこのハウジングバレル部の内側に設けられたスクロールケーシングによって形成される気体流路の小さい部分が配置される一方、反油ポンプ側に前記気体流路の大きい部分が配置されてなるので、前記気体流路の適度な大きさを確保し、かつ油ポンプを駆動軸に直結するスペースを確保できるので、製造コストを増加させることなく圧縮機性能を向上し得る。

また、本発明の請求項２に係るターボ圧縮機によれば、圧縮された気体が前記気体流路に流入するスクロールケーシングの前縁部半径が、前記羽根車の回転軸中心から常に一定の距離に形成されてなるので、前記前縁部半径を適度な大きさに維持しターボ圧縮機の性能低下を防止できる。

更に、本発明の請求項３に係るターボ圧縮機によれば、前記ターボ圧縮機のハウジングによって形成された吐出流路が、スクロールケーシングによって形成される前記気体流路より大きく形成されてなるので、前記気体流路からの流れを阻害することがない。

本発明の実施の形態に係るターボ圧縮機の油ポンプ配置構成を説明するための要部平断面図である。図１の矢視Ｘ−Ｘを示す縦断面図である。図１の夫々の位置角度（ａ）〜（ｄ）における矢視方向を示す縦断面図を、羽根車近傍を省略して示したものである。図１の夫々の位置角度（ｅ）〜（ｈ）における矢視方向を示す縦断面図を、羽根車近傍を省略して示したものである。図１の夫々の位置角度（ｉ）〜（ｌ）における矢視方向を示す縦断面図を、羽根車近傍を省略して示したものである。図１の夫々の位置角度（ｍ）〜（ｏ）における矢視方向を示す縦断面図を、羽根車近傍を省略して示したものである。従来技術１に係る遠心羽根車を備えるターボ圧縮機の縦断面図である。従来技術２に係るターボ圧縮機の実施の形態を示し、４段圧縮構成を示す平断面図である。

先ず、本発明の実施の形態に係るターボ圧縮機の概要を、以下添付図１，２を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態に係るターボ圧縮機の油ポンプ配置構成を説明するための要部平断面図、図２は図１の矢視Ｘ−Ｘを示す縦断面図である。

本発明の実施の形態に係るターボ圧縮機は、羽根車５の回転軸６が、図示しない駆動軸から駆動ギアとピニオン６ａを介して駆動されるギア内蔵型のターボ圧縮機である。そして、羽根車５の回転軸中心（回転中心）Ｃ１方向上部から吸込まれた気体は、前記羽根車５の回転に従って矢印で示す様に、この圧縮機の羽根車５の中心Ｃ１下方に向かう旋回流を形成しつつ加速され、羽根車５の外周方向に放出される。前記羽根車５の外周方向に放出された気体は圧縮され、気体流路８を経た後吐出流路９に排出される。ここで、符号７は回転軸６を支承する軸受を示す。

本発明の実施の形態に係るターボ圧縮機において、このターボ圧縮機のハウジング１の一部を形成するハウジングバレル部２の中心Ｃ２は、前記羽根車５の回転軸中心Ｃ１とずらし寸法Ｓだけずれた位置に配設されている。即ち、前記ハウジングバレル部２の中心Ｃ２は、羽根車５の回転軸中心Ｃ１に比べて、油ポンプ４から前記ずらし寸法Ｓだけ遠い位置に配設されている。尚、気体流路８の形状には、流れ解析に基づいて求められる最適形状が存在し、前記ずらし寸法Ｓは、その気体流路８の最適形状に実際の気体流路８の形状がなるべく合致する様に決定されるのが好ましい。

そして今、図１に示す如く、前記羽根車５の回転軸中心Ｃ１と油ポンプ４の中心とを通る横方向の中心線に直交し、前記回転軸中心Ｃ１を通る縦方向の中心線を描き、この縦方向の中心線の前記回転軸中心Ｃ１から下半分の直線位置、即ち矢視Ａ−Ａを「位置角度０度」（また、この位置角度の縦断面図を示す各図番に合わせて「位置角度（ａ）」とも称す）とする。

次いで、前記回転軸中心Ｃ１から下半分の直線が、「位置角度０度」から回転軸中心Ｃ１を中心として右廻りに回転する回転角度θに応じて、前記回転角度θが１０度の直線位置、即ち矢視Ｂ−Ｂを「位置角度１０度」（また、「位置角度（ｂ）」とも称す）、前記回転角度θが２０度の直線位置、即ち矢視Ｃ−Ｃを「位置角度２０度」（また、「位置角度（ｃ）」とも称す）という様に、図１に示す如く羽根車５の回転軸中心Ｃ１を中心として右廻りに回転する回転角度θに応じて、１０〜３０度ごとに順次「位置角度」を設定し、前記回転角度θが３３０度となる直線位置、即ち「位置角度３３０度」（また、「位置角度（ｏ）」とも称す）まで設定する。

上記の如く設定した「位置角度θ」において、スクロールケーシング３によって形成される前記気体流路８は、上記「位置角度θ」が大きいほど断面が大きくなっており、羽根車５の回転軸中心Ｃ１とハウジングバレル部２の中心Ｃ２のずれは、この気体流路８の断面の大きさの差異とも対応している。即ち、断面の大きい方の前記気体流路８（図１に示す「位置角度θ」が大きい方の前記気体流路８）が、油ポンプ４とは反対側（反油ポンプ側）に位置している。

以下に、添付図３〜６を参照しながら更に詳細に説明する。図３〜６は図１に示す各位置角度（ａ）〜（ｏ）における縦断面を、例えば位置角度（ａ）では矢視Ａ−Ａを示す縦断面図、位置角度（ｂ）では矢視Ｂ−Ｂを示す縦断面図という様に、図３（ａ）〜（ｄ）は図１の夫々の位置角度（ａ）〜（ｄ）、図４（ｅ）〜（ｈ）は図１の夫々の位置角度（ｅ）〜（ｈ）、図５（ｉ）〜（ｌ）は図１の夫々の位置角度（ｉ）〜（ｌ）、図６（ｍ）〜（ｏ）は図１の夫々の位置角度（ｍ）〜（ｏ）における前記矢視方向を示す縦断面図を、羽根車近傍を省略して示したものである。

先ず、図３（ａ）〜（ｄ）においては、各位置角度θが０〜３０度の範囲であって、図１に示される通り前記気体流路８が吐出流路９に重なっているため、何れの位置角度θの流路断面も大きい。それに対して、図４（ａ）に示す位置角度６０度から図６（ｏ）に示す位置角度３３０度に至るまでは、位置角度θが大きくなるほど、前記スクロールケーシング３によって形成される気体流路８の断面が、順次大きくなっている。

そして今、位置角度θにおける気体流路８の流路断面の半径をＲ（θ）とすれば、図１及び図４（ｆ）に示す如く、位置角度θ＝９０度における気体流路８の流路断面の狭い半径Ｒ（９０）の方が油ポンプ４側に、図１及び図５（ｌ）に示す如く、位置角度θ＝２７０度における気体流路８の流路断面の広い半径Ｒ（２７０）の方が反油ポンプ４側にある。

それでも、油ポンプ４にハウジングバレル部２が近いので、このハウジングバレル部２の油ポンプ４に面した側面にバレル部カット面２ａを形成すると共に、前記油ポンプ４のハウジングバレル部２に面した部分（フランジ部）にもポンプカット面４ａを形成し、前記ハウジングバレル部２のバレル部カット面２ａを前記油ポンプ４のポンプカット面４ａに配設するのが、圧縮機全体をコンパクトに構成する上で好ましい。そして、前記油ポンプ４には、図示しない駆動軸が回転軸中心Ｃ１に平行に直結されている。

以上述べた様な構成によって、スクロールケーシング３によって形成される気体流路８の適度な大きさを確保し、かつ油ポンプ４を駆動軸に直結するスペースもコンパクトに確保できる。

尚、圧縮された気体が気体流路８に流入するスクロールケーシング３の前縁部３ａの半径ｒは、図１，２に示す如く、羽根車５の回転軸中心Ｃ１から常に一定の距離となる寸法としている。前記前縁部３ａの半径ｒが小さいと圧縮機としての性能が低下するので、ハウジングバレル部２が回転軸中心Ｃ１に近くなる部分でも、前記半径ｒの寸法が一定となるスクロールケーシング３の形状としている。この様な構成をなすことによって、前記前縁部３ａの半径ｒを適度な大きさに維持し、本発明に係るターボ圧縮機の性能低下を防止できる。

また、スクロールケーシング３によって形成される気体流路８に後続し、ハウジング１によって形成された吐出流路９は、スクロールケーシング３からの流れを阻害しない様に、前記スクロールケーシング３の気体流路８より余裕寸法ｗだけ大きくしてある。前記吐出流路９に余裕寸法ｗを設けることによって、前記スクロールケーシング３に形成された気体流路８からの流れを阻害することがない。この様な余裕寸法ｗとしては、ターボ圧縮機の容量に応じて３〜８ｍｍ程度とすれば良い。

以上説明した通り、本発明に係るターボ圧縮機によれば、羽根車の回転軸中心に対してハウジングバレル部中心をずらし、駆動軸に直結される油ポンプ側にスクロールケーシングによって形成される気体流路の小さい部分が、反油ポンプ側に前記気体流路の大きい部分が配置されてなるので、前記気体流路の適度な大きさを確保し、かつ油ポンプを駆動軸に直結するスペースを確保できるので、製造コストを増加させることなく圧縮機性能を向上し得る。

Ｃ１：羽根車の回転軸中心（回転中心），
Ｃ２：ハウジングバレル部の中心，
ｒ：スクロールハウジング前縁部の半径，
Ｒ（９０）：位置角度θ＝９０度における気体流路の半径，
Ｒ（２７０）：位置角度θ＝２７０度における気体流路の半径，
Ｓ：ずらし寸法，
ｗ：余裕寸法，
１：ハウジング，
２：ハウジングバレル部，２ａ：バレル部カット面，
３：スクロールケーシング，３ａ：スクロールケーシングの前縁部，
４：油ポンプ，４ａ：ポンプカット面，
５：羽根車，
６：回転軸，６ａ：ピニオン，
７：軸受，
８：気体流路，
９：吐出流路

Claims

羽根車の回転軸が駆動軸から駆動ギアを介して駆動され、前記羽根車を覆うハウジングバレル部が備えられたギア内蔵型のターボ圧縮機において、前記羽根車の回転軸中心に対して前記ハウジングバレル部中心をずらし、前記駆動軸に直結される油ポンプ側に前記ハウジングバレル部、及びこのハウジングバレル部の内側に設けられたスクロールケーシングによって形成される気体流路の小さい部分が配置される一方、反油ポンプ側に前記気体流路の大きい部分が配置されてなることを特徴とするターボ圧縮機。
圧縮された気体が前記気体流路に流入するスクロールケーシングの前縁部半径が、前記羽根車の回転軸中心から常に一定の距離に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機。
前記ターボ圧縮機のハウジングによって形成された吐出流路が、スクロールケーシングによって形成される前記気体流路より大きく形成されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のターボ圧縮機。