(57)【要約】【課題】ケーシングの剛性の向上ができるのに加えて、運転の過程に生じる熱膨張にも対応できるギアド圧縮機を提供すること。【解決手段】本発明のギアド圧縮機は、インペラが取り付けられるロータ軸を備える増速ギア機構がケーシングに収容されるギアド圧縮機であって、ケーシングは、増速ギア機構を収容するギア収納部と、ギア収納部に隣接し、インペラを収容するインペラ収容部と、インペラ収容部とギア収納部の間に設けられる補剛要素と、を備える。そして、補剛要素が、インペラ収容部とギア収納部との間の角度を維持するとともに、インペラ収容部とギア収納部との相対的な径方向への変位を許容する、ことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラが取り付けられるロータ軸を備える増速ギア機構がケーシングに収容されるギアド圧縮機であって、
前記ケーシングは、
前記増速ギア機構を収容するギア収納部と、
前記ギア収納部に隣接し、前記インペラを収容するインペラ収容部と、
前記インペラ収容部と前記ギア収納部の間に設けられる補剛要素と、を備え、
前記補剛要素は、
前記インペラ収容部と前記ギア収納部との間の角度を維持するとともに、
前記インペラ収容部と前記ギア収納部との相対的な径方向への変位を許容する、
ことを特徴とするギアド圧縮機。
【請求項２】
前記インペラ収容部は、
前記ロータ軸に直交する方向に延び、外部へガスを流出させる吐出スクロールと、
前記吐出スクロールの内部に形成されている排出通路と、を備え、
前記補剛要素は、
前記吐出スクロールと前記ギア収納部との間に設けられる、
請求項１に記載のギアド圧縮機。
【請求項３】
前記補剛要素は、
前記吐出スクロールと当接し、前記インペラ収容部と前記ギア収納部との相対的な径方向への変位を許容する第一当接片と、
前記ギア収納部と当接し、前記ギア収納部と変位不能に接合する第二当接片と、
を備える、
請求項２に記載のギアド圧縮機。
【請求項４】
前記第一当接片の表裏を貫通し、前記径方向に延びる通路と、
前記通路に挿通される、前記吐出スクロールと前記第一当接片を締結する締結具と、を備え、
前記第一当接片と前記吐出スクロールが当接している状態が維持される、
請求項３に記載のギアド圧縮機。
【請求項５】
前記補剛要素は、
前記第一当接片と前記第二当接片の位置関係を維持するリブを備える、
請求項３又は請求項４に記載のギアド圧縮機。
【請求項６】
前記補剛要素は、
前記補剛要素を設置する際に前記ギア収納部との位置を決めるための機構を備える、
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のギアド圧縮機。
【請求項７】
前記インペラは、前記増速ギア機構を挟み、前記ロータ軸に取り付けられる第一インペラと第二インペラからなり、
前記インペラ収容部は、前記第一インペラを収容する第一インペラ収容部と前記第二インペラを収容する第二インペラ収容部からなり、
前記補剛要素は、
前記第一インペラ収容部と前記ギア収納部の間及び前記第二インペラ収容部と前記ギア収納部の間の一方又は双方に設けられる、
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のギアド圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安定した運転を実現できるギアド圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石油化学、化学、空気分離などのプラントでは、回転機械として、遠心圧縮機が使用されている。遠心圧縮機は、構造的には大きく二つのタイプがある。
一つは一軸多段型圧縮機で、ガスを圧縮する複数のインペラ（羽根車）を一本のロータ軸に取り付けてロータを構成するものであり、このロータ軸はその両端の近傍が一対の軸受に支持される。一軸多段圧縮機の場合、駆動源の回転数が圧縮機の回転数よりも低い場合は、駆動源とロータ軸の間に増速機を設ける。もう一つのタイプが増速機構内臓型の圧縮機（ギアド圧縮機：Integrally Geared Compressor）である。
【０００３】
一般的に、ギアド圧縮機は、ケーシングの内部に一対のインペラがケーシングに非接触の状態で収容され、一対のインペラを両端に備えるロータ軸が回転可能に支持されている。このロータ軸には、駆動源により回転駆動される駆動軸の動力が増速歯車機構を介して伝達される。
【０００４】
このようなギアド圧縮機については、近年、様々な改良がされている。例えば特許文献１には、ロータ軸を支持する軸受よりも外側に位置するインペラが、ロータ軸の回転によりインペラが振動したときに、インペラとケーシングの接触を回避するための構造を有しているギアド圧縮機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１２５９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ギアド圧縮機は、ギアド圧縮機と繋がる吸込配管及び吐出配管によって加えられる外力の影響を受ける。これにより、ケーシングに変形が生じて、その内周面がインペラと接触する虞がある。このため、インペラがケーシングと接触するのを避けるために、ケーシングの剛性を向上させる必要がある。
しかし、剛性の向上のためにケーシングに補強材を設けるとしても、熱膨張の差を考慮する必要がある。ギアド圧縮機の運転中に温度が上昇するので、ケーシングは熱膨張するが、高温のガスが流れる排出通路からの位置により熱膨張に差が生じるからである。
【０００７】
以上より、本発明は、ケーシングの剛性の向上ができるのに加えて、運転の過程に生じる熱膨張にも対応できるギアド圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のギアド圧縮機は、インペラが取り付けられるロータ軸を備える増速ギア機構がケーシングに収容されるギアド圧縮機であって、ケーシングは、増速ギア機構を収容するギア収納部と、ギア収納部に隣接し、インペラを収容するインペラ収容部と、インペラ収容部とギア収納部の間に設けられる補剛要素と、を備える。そして、補剛要素が、インペラ収容部とギア収納部との間の角度を維持するとともに、インペラ収容部とギア収納部との相対的な径方向への変位を許容する、ことを特徴とする。
【０００９】
インペラ収容部は、ロータ軸に直交する方向に延び、外部へガスを流出させる吐出スクロールと、吐出スクロールの内部に形成されている排出通路と、を備え、補剛要素は、吐出スクロールとギア収納部との間に設けられることが好ましい。
【００１０】
補剛要素は、吐出スクロールと当接し、インペラ収容部とギア収納部との相対的な径方向への変位を許容する第一当接片と、ギア収納部と当接し、ギア収納部と変位不能に接合する第二当接片と、を備えることが好ましい。
【００１１】
本発明のギアド圧縮機は、第一当接片の表裏を貫通し、径方向に延びる通路と、通路に挿通される、吐出スクロールと第一当接片を締結する締結具と、を備え、第一当接片と吐出スクロールが当接している状態が維持されることが好ましい。
【００１２】
補剛要素は、第一当接片と第二当接片の位置関係を維持するリブを備えることが好ましい。
【００１３】
補剛要素は、補剛要素を設置する際にギア収納部との位置を決めるための機構を備えることが好ましい。
【００１４】
インペラは、増速機構を挟み、ロータ軸に取り付けられる第一インペラと第二インペラからなり、インペラ収容部は、第一インペラを収容する第一インペラ収容部と第二インペラを収容する第二インペラ収容部からなり、補剛要素は、第一インペラ収容部とギア収納部の間及び第二インペラ収容部とギア収納部の間の一方又は双方に設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のギアド圧縮機によれば、ケーシングに抑止体が設けられていることにより、ケーシングの各部の熱膨張の差に対応しながら、ケーシングの剛性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るギアド圧縮機の概略構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係るギアド圧縮機のリブを示す図である。
【図３】（ａ−１）及び（ａ−２）は、ギアド圧縮機が静止しているときのリブの状態を示す図であり、（ｂ−１）及び（ｂ−２）は、ギアド圧縮機が静止しているときのリブの状態を示す図である。
【図４】他の実施形態に係るギアド圧縮機のリブを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るギアド圧縮機１を説明する。
本実施形態に係るギアド圧縮機１は、図１に示すように、前方側Ｆに設けられるインペラ８と、後方側Ｂに設けられるインペラ９と、インペラ８及びインペラ９が取り付けられている従動軸５３を備える増速ギア機構５と、これらを収容するケーシング２とを備える。インペラ８及びインペラ９は、従動軸５３が回転すると、従動軸５３の回転による遠心力を利用して流路から供給されるガスを圧縮して流す。
【００１８】
ギアド圧縮機１は、ケーシング２の剛性を向上させ、かつ、運転中のケーシング２の熱膨張及び熱収縮に対応できる補剛要素３を備える。
以下、ギアド圧縮機１の各要素について説明する。
なお、本実施形態において、従動軸５３の回転軸線Ｃが延びる方向を軸線方向といい、回転軸線Ｃを中心とする円周の方向を周方向といい、この円周の直径の方向を径方向という。そして、径方向の回転軸線Ｃに近い側を径方向の内側、径方向の回転軸線Ｃから遠い側を径方向の外側という。
また、本実施形態において径方向の内側、外側、前方側Ｆ及び後方側Ｂは、相対的な位置関係を示している。
【００１９】
［ケーシング２］
ケーシング２は、図１に示すように、増速ギア機構５を収納するギア収納部２１と、ギア収納部２１と前方側Ｆで隣接する第一インペラ収容部２３と、ギア収納部２１と後方側Ｂで隣接する第二インペラ収容部４３と、を備える。
【００２０】
［第一インペラ収容部２３］
第一インペラ収容部２３は、図１に示すように、上流側の流路からガスを流入させる吸込通路２６と外部へガスを流出させるための排出通路２７が形成されている。吸込通路２６は、図示を省略する吸込配管と繋がっている。排出通路２７は、図示を省略する吐出配管と繋がっている。
【００２１】
第一インペラ収容部２３は、図１に示すように、インペラ８の径方向の外側に、内部に吸込通路２６が形成されている吐出スクロール２４を有する。吐出スクロール２４は、ギア収納部２１よりも径方向に飛び出ている。
吐出スクロール２４は、ギアド圧縮機１の運転中に、ギアド圧縮機１と繋がっている吸込配管及び吐出配管によって加えられる外力や吐出スクロール２４の内部の圧力の影響により、前方側Ｆ及び後方側Ｂに傾いて形が変形する虞がある。そこで、ケーシング２の表面に補剛要素３が設けられている。
【００２２】
［第二インペラ収容部４３］
第二インペラ収容部４３は、配置される位置、向きが異なる以外は第一インペラ収容部２３と同様に構成されている。
第二インペラ収容部４３は、図１に示すように、上流側の流路からガスを流入させる吸込通路４６と外部へガスを流出させるための排出通路４７が形成されている。さらに、インペラ８の径方向の外側に、内部に排出通路４７が形成されている吐出スクロール４４を有する。第二インペラ収容部４３には、補剛要素７が設けられている。
【００２３】
［補剛要素３及び補剛要素７］
補剛要素３は、図２に示すように、吐出スクロール２４とギア収納部２１の間の角度を維持して、ギアド圧縮機１の運転中に吐出スクロール２４の形が前方側Ｆ及び後方側Ｂに傾いて変形するのを防止する。ここでいう角度の維持とは、インペラ８が第一インペラ収容部２３と接触しない程度に維持することをいう。
同様に、補剛要素７は、図２に示すように、吐出スクロール４４とギア収納部２１の間の角度を維持して、ギアド圧縮機１の運転中に吐出スクロール４４の形が前方側Ｆ及び後方側Ｂに傾いて変形するのを防止する。
補剛要素７は、配置される位置、向きが異なる以外は補剛要素３と同様に構成されているので、以下、補剛要素３を例にして説明する。
【００２４】
補剛要素３は、Ｌ字状の本体３１と、リブ３３Ａ、リブ３３Ｂを備える。
本体３１は、図２に示すように、吐出スクロール２４と当接する第一当接片３４とギア収納部２１と当接する第二当接片３５を有する。
第一当接片３４は、図３（ａ−１）、（ａ−２）に示すように、ボルト６を挿通させるために、表裏を貫通する挿通孔３２Ａ、挿通孔３２Ｂを備えている。挿通孔３２Ａ、３２Ｂは、周方向に並んでいる。
挿通孔３２Ａ、３２Ｂは、図３（ａ−２）に示すように、ボルト６の軸６２の通路として機能する前記径方向に延びる長孔である。
挿通孔３２Ａ、３２Ｂは、径方向の寸法が、ギア収納部２１と吐出スクロール２４の径方向の熱膨張の差よりも大きい。
また、挿通孔３２Ａ、３２Ｂの周方向の寸法が、ボルト６の軸６２が挿入される程度の大きさを有している。
これにより、補剛要素３は、図３（ａ−２）に示すように、吐出スクロール２４に、第一当接片３４が径方向に変位可能に保持され、かつ、周方向に位置決めされて保持される。つまり、図３（ｂ−１）に示すように、ギアド圧縮機１の運転中にギア収納部２１と吐出スクロール２４の径方向の熱膨張の差の分だけ、ボルト６、６の軸６２が挿通孔３２Ａ、３２Ｂの内部を径方向に変位できる。
なお、ボルト６は、図３（ａ−２）に示すように、六角ボルトを採用できる。後述するボルト６３も同様である。
また、挿通孔３２Ａ、挿通孔３２Ｂを区別する必要がない場合には、単に挿通孔３２ということがある。後述するリブ３３Ａ、リブ３３Ｂについても同様である。
【００２５】
本実施形態の補剛要素３は、図３（ａ−１）に示すように、周方向に２つのリブ３３Ａ、リブ３３Ｂを備えている。
リブ３３Ａ、リブ３３Ｂは、図２に示すように、第一当接片３４と第二当接片３５の間に位置して、この二つの第一当接片３４と第二当接片３５の位置関係を維持する。本実施形態では、二つの間の角度を９０度に維持する。
リブ３３Ａ、リブ３３Ｂは、三角形状をなしており、一辺が第一当接片３４と繋がり、この一辺と直交する他の一辺が第二当接片３５と繋がっている。
なお、リブ３３は、第一当接片３４と第二当接片３５の位置関係を維持できるものであれば、他の形状でもよい。
リブ３３Ａ，３３Ｂは、周方向に、挿通孔３２Ａと挿通孔３２Ｂの間で、所定の間隔を空けて並んでいる。リブ３３Ａ，３３Ｂが、挿通孔３２Ａと挿通孔３２Ｂの間に設けられていることにより、挿通孔３２Ａと挿通孔３２Ｂの間の距離を長くすることができるので、補剛要素３を吐出スクロール２４に対して高い精度で位置決めを行うことができる。
【００２６】
本実施形態において補剛要素３は、第一当接片３４が吐出スクロール２４に径方向に変位可能に保持され、第二当接片３５がギア収納部２１と軸線方向に変位不能に接合されている。
つまり、第一当接片３４は、図３（а−２）に示すように、挿通孔３２を挿通したボルト６が吐出スクロール２４のボルト穴２５に締結されると、吐出スクロール２４に位置決めされた状態で保持される。
ボルト６及びボルト穴２５の寸法は、ボルト６が吐出スクロール２４に締結されるとボルト６の頭６１が第一当接片３４と接触するように設定される。
【００２７】
ボルト６の軸６２は、吐出スクロール２４の径方向への熱膨張及び熱収縮に伴い、挿通孔３２の内部を径方向に変位する。つまり、図３（ａ−２）に示すように、ボルト６がボルト穴２５に締結された状態で、吐出スクロール２４の径方向の熱膨張がギア収納部２１のそれよりも大きくなると、図３（ｂ−２）に示すように、ボルト６の軸６２が挿通孔３２の内部で径方向の外側に変位する。
【００２８】
排出通路２７を通過するガスにより加熱された吐出スクロール２４の方が、ギア収納部２１よりも径方向の熱膨張が大きい。そこで、ギアド圧縮機１の運転中に、ボルト６の軸６２が挿通孔３２の内部を相対的に外径に向けて変位できるように、軸６２が挿通孔３２に挿通されている。
【００２９】
第二当接片３５は、図２に示すように、ギア収納部２１と接合されている。これにより、吐出スクロール２４の熱膨張に伴いボルト６の軸６２が挿通孔３２の内部を径方向の外側に変位しても、補剛要素３が一緒に径方向の外側に変位しない。
なお、接合は、締結、溶接などの適宜の方法で行うことができる。
【００３０】
［増速ギア機構５］
増速ギア機構５は、図１に示すように、主動軸５１と、主動軸５１と一体となって回転駆動される主動ギア５２と、主動ギア５２に噛み合い、主動ギア５２の回転に伴って増速回転される従動ギア５４と、従動ギア５４と一体となって回転駆動される従動軸５３と、をケーシング２のギア収納部２１の内部に備えている。主動軸５１は、図示を省略する駆動源、例えば回転電機により、回転駆動される。
従動ギア５４は主動ギア５２に比べて十分に小さいギアであり、いわゆるピニオンである。この従動ギア５４は、軸受５５により回転可能に支持された従動軸５３の長手方向の略中央部に固定されている。本実施形態における軸受５５は、ティルティングパッド軸受から構成され、ケーシング２に回転可能に支持されるとともに、ギア接線力の向きに応じて正転及び逆転することができる。
ギアド圧縮機１は、主動ギア５２の動作を制御する制御部を備える。
【００３１】
本実施形態における従動軸５３は、図１に示すようにその回転軸線Ｃの軸線方向の両端部に、インペラ８及びインペラ９がそれぞれ取り付けられている。これらインペラ８及びインペラ９は、軸受５５に対して片持ち構造となっている。
【００３２】
［ギアド圧縮機１の動作］
以上の構成を備えるギアド圧縮機１の動作について説明する。
ギアド圧縮機１は、増速ギア機構５を介して従動軸５３が回転すると、第一インペラ収容部２３の吸込通路２６に流入したガスがインペラ８によって圧縮され、その後に、インペラ８の径方向の外側の排出通路２７を介してケーシング２の外部に排出される。
同様に、第二インペラ収容部の吸込通路４６に流入したガスがインペラ９によって圧縮され、その後に、インペラ９の径方向の外側の排出通路４７を介してケーシング２の外部に排出される。
【００３３】
［ギアド圧縮機１の効果］
本実施形態にかかるギアド圧縮機１は、以下の効果を奏する。
ギアド圧縮機１は、図１に示すように、第一インペラ収容部２３が補剛要素３により支持され、第二インペラ収容部４３が補剛要素７により支持されている。ギアド圧縮機１が補剛要素３と補剛要素７の補剛要素を備えることによる効果を、第一インペラ収容部２３を例に説明する。
【００３４】
吐出スクロール２４は、ギアド圧縮機１の運転中に、ギアド圧縮機１と繋がっている吸込配管及び吐出配管によって加えられる外力や吐出スクロール２４の内部の圧力の影響により、前方側Ｆ及び後方側Ｂに傾いて形が変形する虞がある。この変形により、第一インペラ収容部２３の内部がインペラ８と接触する虞がある。このため、補剛要素３が第一当接片３４を後方側Ｂから支持する。これにより、吐出スクロール２４が前方側Ｆ及び後方側Ｂに傾いて形が変形するのを防止して、インペラ８が第一インペラ収容部２３と非接触の状態を維持できる。
【００３５】
ここで、ボルト６が補剛要素３の第一当接片３４に形成された円形の開口を有する丸孔を挿通して吐出スクロール２４のボルト穴２５に締結されている、本実施形態とは異なる構造を想定する。この構造は、ギアド圧縮機１の運転に排出通路２７に高温になったガスが流れることにより、第一インペラ収容部２３、特に吐出スクロール２４の熱膨張が、ギア収納部２１のそれよりも大きいので、締結部分に大きな熱応力が生じる。
【００３６】
ところが、本実施形態は、図３（ａ−１）に示すように、ボルト６が補剛要素３の第一当接片３４に形成された長孔である挿通孔３２を挿通して吐出スクロール２４のボルト穴２５に締結されている。これにより、補剛要素３と吐出スクロール２４の間の相対的な変位が許容されている。
つまり、吐出スクロール２４の径方向への熱膨張がギア収納部２１のそれよりも大きくても、図３（ｂ−１）に示すように、ボルト６の軸６２が、吐出スクロール２４の径方向への熱膨張に伴い、挿通孔３２の内部を径方向の外側に変位して、熱応力の発生の抑えることができる。このように、ギアド圧縮機１は、その運転が継続されている限り、補剛要素３が吐出スクロール２４を後方側Ｂから支持する状態が維持されるので、インペラ８が第一インペラ収容部２３と非接触の状態を維持できる。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることができる。
【００３８】
例えば、第二当接片３５に、図４に示すように、補剛要素３を設置する際にギア収納部２１との位置を決めるための機構を有していてもよい。
具体的には、第二当接片３５は、表裏を貫通したボルト６３が挿通する挿通孔３６が形成され、ギア収納部２１にボルト穴２２が形成されている。挿通孔３６は、第二当接片３５の後方側Ｂから中程に延びている。ボルト６３及びボルト穴２２の寸法は、ボルト６３がギア収納部２１に締結されるとボルト６３の頭６４が第二当接片３５と接触するように設定される。これにより、補剛要素３を所望の位置に配置させた後にボルト６３をボルト穴２２に締結すれば、補剛要素３が所望の位置に配置した状態を維持できる。
【００３９】
また、本実施形態では、第一インペラ収容部２３が補剛要素３に支持され、第二インペラ収容部４３が補剛要素７に支持されていたが、第一インペラ収容部２３と第二インペラ収容部４３のどちらか一方のみが補剛要素に支持されていてもよい。
【００４０】
また、本実施形態では、締結具として第一当接片３４及び吐出スクロール２４とは別体のボルト６を用いているが、本発明はこれに限定されない。例えば、吐出スクロール２４にボルト６の軸６２と同様の軸を一体的に形成し、その先端にナットを締め付けることにより、第一当接片３４と吐出スクロール２４を締結することもできる。
【符号の説明】
【００４１】
１      ギアド圧縮機
２      ケーシング
２１    ギア収納部
２２    ボルト穴
２３    第一インペラ収容部
２４    吐出スクロール
２５    ボルト穴
２６    吸込通路
２７    排出通路
３      補剛要素
３１    本体
３２Ａ、３２Ｂ    挿通孔
３３Ａ、３３Ｂ    リブ
３４    第一当接片
３５    第二当接片
３６    挿通孔
４３    第二インペラ収容部
４４    吐出スクロール
４６    吸込通路
４７    排出通路
５      増速ギア機構
５１    主動軸
５２    主動ギア
５３    従動軸
５４    従動ギア
５５    軸受
６      ボルト
６１    頭
６２    軸
６３    ボルト
６４    頭
７      補剛要素
８      インペラ
９      インペラ
Ｆ    前方側
Ｂ    後方側
【図１】
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【図２】
2018135771.tif 000004
【図３】
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【図４】
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