(57)【要約】【課題】気体吸入口の流量制御を行なう案内羽根を駆動する駆動ギヤが伝達する動力を複数の分岐ギヤに配分することにより、大容量高作動圧力かつ小型の遠心圧縮機を提供する。【解決手段】駆動ギヤと、駆動ギヤに対して２箇所以上で同時にかみ合う複数個の分岐ギヤと、円環形状のリングギヤと、案内羽根軸と同軸に設けられリングギヤとかみ合う案内羽根ギヤとを備え、駆動ギヤに入力された動力を、一旦複数個の分岐ギヤに配分した上でリングギヤへ伝達することにより、駆動機構の寸法を余り増加させずに伝達動力を増大させ、以って大容量高作動圧力かつ小型の遠心圧縮機を提供する。【選択図】図１
2010031735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体吸入口から気体を圧縮する羽根車を有する圧縮機の内部へと連通する流路に案内羽根を備え、該案内羽根に接続した案内羽根軸を回転駆動することで流量制御を行なう遠心圧縮機において、
駆動ギヤと、該駆動ギヤに対して２箇所以上で同時にかみ合う複数個の分岐ギヤと、円環形状のリングギヤと、該案内羽根軸と同軸に設けられ該リングギヤとかみ合う案内羽根ギヤと、を有することを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の遠心圧縮機において、
該分岐ギヤは該リングギヤの外周部に設けた外歯とかみ合い、該案内羽根ギヤは該リングギヤの内周部に設けた内歯とかみ合う、遠心圧縮機。
【請求項３】
請求項１に記載の遠心圧縮機において、
該分岐ギヤを該案内羽根ギヤと同軸に設け、該案内羽根ギヤを該リングギヤの内周部に設けた内歯とかみ合わせたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項４】
請求項１に記載の遠心圧縮機において、
該分岐ギヤを該案内羽根ギヤと同軸に設け、該案内羽根ギヤを該リングギヤの外周部に設けた外歯とかみ合わせたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項５】
請求項３または４に記載の遠心圧縮機において、
該分岐ギヤと、該案内羽根ギヤとを一つの歯車で構成したことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項６】
請求項３または４に記載の遠心圧縮機において、
該分岐ギヤと、該案内羽根ギヤとを結合して構成したことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の遠心圧縮機において、
該駆動ギヤの周方向の一部に歯を設けたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項８】
請求項１または２に記載の遠心圧縮機において、
該リングギヤの周方向の一部に外歯を設けたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項９】
請求項１に記載の遠心圧縮機において、
前記流路は、流体を圧縮する羽根車の主軸に対して半径方向の流路を有し、前記案内羽根は当該半径方向の流路に設けられていることを特徴とする遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心圧縮機の流量制御に使用するため気体吸入口に設けた案内羽根の駆動機構に関わり、特に外歯車と円環形状のリングギヤとを用いて構成された案内羽根の駆動機構を有する遠心圧縮機の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機は、電動機などの原動機を用いて主軸を回転駆動し、主軸上に設けた羽根車によって、吸入した気体を遠心力により圧縮し、高圧を得るための機械装置である。この装置は、石油精製、石油化学、及び肥料製造などのプラントで多く使用されているが、工場の稼動状況に応じて圧縮気体の流量を調整し、生産ラインを効率的に運用することに対する要求が非常に強い。これに対し、従来はインバータなどを使用し、駆動電動機の速度を調整して流量制御を実施することが多かった。
【０００３】
しかし、これらプラントで使用される圧縮機は容量が数千ｋＷにも及ぶことが少なくなく、大容量のインバータは極めて高価かつ大きな設置面積を占有するため、導入コストが大きいという問題があった。この問題を解決するために、気体吸入口の円周方向に沿って複数の案内羽根を設け、これらを開閉することにより流量制御を行なう方法が提案されている。
【０００４】
この案内羽根は、複数枚を同期して回動させて開閉する必要があるため、例えば特許文献１のように、案内羽根軸と同軸に設けた従動歯車と、環状の大きな外歯車とをかみ合わせ、駆動歯車を従動歯車のうちの一つとかみ合わせた上で、駆動歯車を回転させて同期を得る方法が提案されている。
【０００５】
また特許文献２のように、案内羽根を駆動するためのピンを案内羽根の周囲に設けた円環の側面に設け、円環の外周部に歯を設け、この歯とかみ合うウォームを設けてウォームを回転させることにより同期を得る方法も提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２９５７９５号公報
【特許文献２】特開２００６−６３８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが前述した構造によると、駆動歯車、あるいはウォームが伝達する荷重は、複数ある案内羽根の駆動力を合算した値となるため、圧縮機の容量や作動圧力が大きく、案内羽根の枚数が多い場合には伝達荷重が増大し、駆動歯車、あるいはウォームの強度が不足するという問題が生じる。この問題を解決するためには、駆動歯車の歯幅やウォームの直径を増加させる等といった強度対策が必要だが、これは圧縮機の軸方向寸法の増加を招くため、圧縮機ケーシングの重量や製造コストの増大といった副次的な問題を生じることになる。
【０００８】
本発明は、案内羽根駆動機構の軸方向寸法を維持しながら、多くの案内羽根を駆動するための駆動力を伝達する歯車機構を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明による圧縮機は、流体吸入口から圧縮機の内部へと連通する流路に案内羽根を備え、該案内羽根に接続した案内羽根軸を回転駆動することで流量制御を行なう遠心圧縮機において、駆動ギヤと、駆動ギヤに対して２箇所以上で同時にかみ合う複数個の分岐ギヤと、円環形状のリングギヤと、前記案内羽根軸と同軸に設けられ前記リングギヤとかみ合う案内羽根ギヤとを有している。またより詳細には、上記構成において、分岐ギヤはリングギヤの外周部に設けた外歯とかみ合い、案内羽根ギヤはリングギヤの内周部に設けた内歯とかみ合う構造、あるいは、分岐ギヤを案内羽根ギヤと同軸に設け、案内羽根ギヤをリングギヤの内周部に設けた内歯とかみ合わせた構造、もしくは、分岐ギヤを案内羽根ギヤと同軸に設け、案内羽根ギヤをリングギヤの外周部に設けた外歯とかみ合わせた構造を有している。
【００１０】
また、該分岐ギヤと、該案内羽根ギヤとを一つの歯車で構成している。また、該分岐ギヤと、該案内羽根ギヤとを結合して構成している。また、該駆動ギヤの周方向の一部に歯を設けている。また、該リングギヤの周方向の一部に外歯を設けている。
【発明の効果】
【００１１】
上記のような構造とすることで、駆動歯車に入力された動力は、一旦複数個の分岐ギヤに分配された上でリングギヤへ伝達されるため、歯車機構の寸法を余り増加させずに許容伝達動力が増加し、以って大容量高作動圧力かつ小型の遠心圧縮機が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る実施例を説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明による遠心圧縮機の全体構造図を図３、実施例１の遠心圧縮機の斜視図を図１、断面図を図２に示し、これを用いて本実施形態の構成及び動作を説明する。
【００１４】
図３に示すように、原動機たる電動機２は、電動機ベース１の上に固定されており、電動機２からの動力を増速して伝達する増速機３は、圧縮機４と共通の圧縮機ベース５の上に固定されている。また、電動機２と増速機３とは増速機軸継手６により連結されており、増速機３と圧縮機４とは圧縮機軸継手７により連結され、圧縮機システム８を形成している。
【００１５】
圧縮機４のケーシング１３の側面に設けられた気体吸入口１４から、圧縮機４の内部へと連通する流路１７の先には、主軸１１に設けた気体を圧縮する羽根車１２が配置されており、流路１７の途中には、流路の円周方向に沿って複数個の案内羽根１８が放射状に設置され、夫々案内羽根軸１５、及び案内羽根軸受１６によって軸支されている。前記流路１７の途中には、前記気体吸込み口１４から前記羽根車１２の主軸１１に対して半径方向に伸びる流路を有し、この半径方向の流路に前記案内羽根１８が設けられている。高い作動圧力が要求される場合には、羽根車１２を軸方向に複数個配置して多段構成とするが、ここでは図示を省略している。
【００１６】
図１及び図２に示すように、案内羽根軸１５の一端には案内羽根ギヤ２２が設けられ、案内羽根ユニット９を形成している。この案内羽根ユニット９は、円周方向に複数個が配置されているが、全て同一構造のため、詳細部の図示を省略してある。
【００１７】
案内羽根ギヤ２２の周囲を取り囲むように、円環形状のリングギヤ２１が設けられ、その内周部に設けた内歯と、案内羽根ギヤ２２の外周部に設けた外歯とはかみ合わされている。またリングギヤ２１の外周部には、部分的に外歯が設けられ（回転角度は限られている）、これとかみ合わせて２個の分岐ギヤ２０ａ及び２０ｂが設けられ、両分岐ギヤとかみ合わされて、駆動ギヤ１９が設けられている。
【００１８】
分岐ギヤ２０ａ及び２０ｂは、分岐ギヤ軸２５ａ及び２５ｂ、分岐ギヤ軸受２６ａ(図示しない)及び２６ｂにより軸支され、駆動ギヤ１９は、駆動ギヤ軸２３及び駆動ギヤ軸受２４により軸支されている。駆動ギヤ軸２３は、圧縮機ケーシング１３の外部に設けられた、図示しないアクチュエータ（例えばサーボモータ）に連結されており、アクチュエータの回転に伴い回転する。この場合の回転は、案内羽根１８の角度を変えるためであり、回転角度は小さい。
【００１９】
以上のように圧縮機システム８を構成して電動機２を回転させると、圧縮機４の主軸１１は、増速機３により電動機２よりも早い速度で回転し、羽根車１２が同時に回転することにより、気体吸入口１４から吸入された作動気体は流路１７を流れ、羽根車１２を通過して圧縮される。このとき、アクチュエータを操作することにより、駆動ギヤ１９を回転させると、この駆動ギア１９と同時にかみ合う分岐ギヤ２０ａ及び２０ｂ、リングギヤ２１、案内羽根ギヤ２２が同時に回転し、案内羽根１８を開閉させることができる。リングギヤ２１及び案内羽根ギヤ２２により同期されるため、複数個ある案内羽根１８は全て同一角度で開閉される。
【００２０】
作動気体の流量は、案内羽根１８を開放側に回転作動させると増加し、閉鎖側に回転作動させると減少するため、電動機２の回転速度を変えずに流量を制御することが可能となる。ここで駆動ギヤ１９が伝達するトルクは、一旦分岐ギヤ２０ａ及び２０ｂに分配されるため、駆動ギヤ１９を直接リングギヤ２１にかみ合わせる場合に比べて、歯車対１組当たりの接線荷重は概略１／２となる。
【００２１】
ここで、歯車対１組当たりの接線荷重を概略１／２とするには、駆動ギヤ１９の歯が分岐ギヤ２０ａ及び２０ｂの各歯に同時にかみ合うとき、各歯に均等に接触して均等に力が伝達されるように位相が調整されている。案内羽根１８は閉鎖側に回転させるとき流通する気体の抵抗を受けるため大きなトルクを必要とし、上記の位相の調整は、特に大きなトルクのときに必要となる。案内羽根１８は開放側に回転させるとき流通する気体に押されるので小さなトルクで済むため、位相合せの調整は無くても良い。従って、位相合せは片方向（閉鎖方向）の回転で調整すれば良いので簡単にできる。
【００２２】
駆動ギヤ１９が伝達するトルクは、案内羽根ユニット９を駆動するのに要するトルクを合算した値となるため、案内羽根ユニット９の数が多い場合、リングギヤ２１を回転させるのに要するトルクはその分増加する。しかし、上記のような構造とすることで、駆動ギヤ１９と分岐ギヤ２０ａ及び２０ｂの接線荷重は、駆動ギヤ１９を直接リングギヤ２１にかみ合わせる場合に比べて概略１／２となるため、歯車の歯幅（図１に１９ａで示す。）を変更せずに、概略倍のトルクを伝達することが可能となる。これにより、大容量、高作動圧力かつ小型の遠心圧縮機が提供される。
【実施例２】
【００２３】
次に、本発明による実施例２の遠心圧縮機の斜視図を図４に、その断面図を図５に示し、これを用いて本実施例の構成及び動作を説明する。
【００２４】
図示しないアクチュエータに連結された駆動ギヤ軸２３の一端には、扇形状の駆動ギヤ１９が設けられ、駆動ギヤ１９と平行する位置に、円環形状のリングギヤ２１が配置されている。駆動ギヤ１９及びリングギヤ２１と同時にかみ合う歯車は２個設けられており、その歯幅は駆動ギヤ１９及びリングギヤ２１の歯幅を合算した値よりも大きい。この歯車の駆動ギヤ１９とかみ合う側は分岐ギヤ２０ａ及び２０ｂであり、リングギヤ２１とかみ合う側は案内羽根ギヤ２２ａ(図示しない)及び２２ｂである。分岐ギヤ２０ａ及び２０ｂと、案内羽根ギヤ２２ａ及び２２ｂとは同一仕様であり、一つの歯車として構成されている。一方、リングギヤ２１とかみ合う、これ以外の案内羽根ギヤ２２は、リングギヤ２１と概略同一の歯幅を有している。以上を除いた構成は実施形態１と同一であるため、説明は省略する。
【００２５】
このような構成において、アクチュエータを操作することにより駆動ギヤ１９を回転させると、これとかみ合う分岐ギヤ２０ａ及び２０ｂ、案内羽根ギヤ２２ａ及び２２ｂ、リングギヤ２１、案内羽根ギヤ２２が同時に回転し、案内羽根１８を開閉させることができる。
【００２６】
1個の案内羽根ギヤ２２が伝達するトルクは、駆動ギヤが伝達するトルクに比べて非常に小さいため、案内羽根ギヤ２２及びこれとかみ合うリングギヤ２１のそれぞれの歯幅２２ａ、２１ａは、駆動ギヤ１９及び分岐ギヤ２０ａ、２０ｂの歯幅よりも小さくてよい。以上のような構成とすることで、案内羽根ギヤ２２及びリングギヤ２１の歯幅を減じ、歯車機構部を小型化することができる。
【００２７】
本実施例においては、図６に示すように、分岐ギヤ２０ａ及び２０ｂと、案内羽根ギヤ２２ａ(図示しない)及び２２ｂとを異なる仕様とし、案内羽根ギヤ２２ｂと同軸に設けた案内羽根軸１５と分岐ギヤ２０ｂとを嵌合させて構成してもよい。この場合にはより大きな減速比を得ることができるため、駆動ギヤ１９、分岐ギヤ２０ａ及び２０ｂの歯幅をより小さくすることができる。
【実施例３】
【００２８】
次に、本発明による実施例３の遠心圧縮機の斜視図を図７に示し、これを用いて本実施例の構成及び動作を説明する。
【００２９】
図示しないアクチュエータに連結された駆動ギヤ軸２３の一端には駆動ギヤ１９が設けられ、これとかみ合う分岐ギヤ２０ａ及び２０ｂが、リングギヤ２１の外周に設けた外歯とかみ合わせて設けられている。リングギヤ２１の外周に沿って、案内羽根ユニット９が複数個配置されており、案内羽根ユニット９の案内羽根ギヤ２２は、全てリングギヤ２１の外周部に設けた外歯とかみ合っている。また、この場合の分岐ギヤ２０ａ及び２０ｂは、案内羽根ギヤ２２を兼ねている。以上を除いた構成は実施例１と同一であるため、説明は省略する。
【００３０】
このような構成において、アクチュエータを操作することにより駆動ギヤ１９を回転させると、これとかみ合う分岐ギヤ２０ａ及び２０ｂ、リングギヤ２１、案内羽根ギヤ２２が同時に回転し、案内羽根１８を開閉させることができる。
【００３１】
案内羽根の径方向位置は、圧縮機構造により概略決定されるが、本実施例においては、案内羽根ギヤ２２の外側を取り囲むようにリングギヤ２１を設ける必要がないため、リングギヤ２１の径寸法が小さくてなり、歯車機構部の径方向寸法を小さくすることが可能となる。また、リングギヤ２１に外歯のみで内歯を設ける必要がないため、ギアのコンパクト化および製造コストが小さくて済むというメリットも生じる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例１の遠心圧縮機の斜視図。
【図２】同じく実施例１の遠心圧縮機の断面図。
【図３】本発明による遠心圧縮機の全体構造図。
【図４】本発明の実施例２の遠心圧縮機の斜視図。
【図５】同じく実施例２の遠心圧縮機の断面図。
【図６】同じく実施例２の遠心圧縮機の別の構成例の断面図。
【図７】本発明の実施例３の遠心圧縮機の斜視図。
【符号の説明】
【００３３】
１…電動機ベース、２…電動機、３…増速機、４…圧縮機、５…圧縮機ベース、６…増速機軸継手、７…圧縮機軸継手、８…圧縮機システム、９…案内羽根ユニット、１１…主軸、１２…羽根車、１３…ケーシング、１４…気体吸入口、１５…案内羽根軸、１６…案内羽根軸受、１７…流路、１８…案内羽根、１９…駆動ギヤ、２０…分岐ギヤ、２１…リングギヤ、２２…案内羽根ギヤ、２３…駆動ギヤ軸、２４…駆動ギヤ軸受、２５…分岐ギヤ軸、２６…分岐ギヤ軸受。
【図１】
2010031735.tif 000003
【図２】
2010031735.tif 000004
【図３】
2010031735.tif 000005
【図４】
2010031735.tif 000006
【図５】
2010031735.tif 000007
【図６】
2010031735.tif 000008
【図７】
2010031735.tif 000009