(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸に取り付けられた羽根車を収容する内部ケーシングの外側に、吸込口と吐出口とを有する筒状の外部ケーシングを設けたバレル形の遠心圧縮機において、
前記吸込口から吸込まれた流体を前記羽根車に導入するための流入路に前記主軸を取り囲む円周を形成するように設けられ、前記主軸と平行に延在する取付軸を有する複数の吸込ベーンと、
前記各吸込ベーンの前記取付軸に固定された複数の第１のギアと、
外周に噛み合わせのための歯が形成され、前記第１のギアより主軸側に配置され、前記噛み合わせのための歯により前記各第１のギアと噛み合うと共に前記主軸の回りに回転自在である環状のリングギアと、
一の前記第１のギアと当該第１のギアの前記リングギアと噛み合っている側と反対側から噛み合うと共に、前記主軸と平行に延在して前記外部ケーシングを貫通する駆動軸を有する第２のギアと、
前記外部ケーシングの外側に設けられると共に、前記駆動軸と接続されたギア駆動部と、
を備えることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記駆動軸は、前記第２のギアを有するギア側シャフトと、前記ギア駆動部と接続された駆動部側シャフトとからなり、前記ギア側シャフトと前記駆動部側シャフトとは、トルク比を変化させることができるトルク可変手段によって連結されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部ケーシングの外側に、外部ケーシングを設けたバレル形の遠心圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、特開昭５５−７９１４号公報によって開示されたものが知られている。この公報には、中ケース（内部ケーシング）の外側に外部ケーシングを設けた、いわゆるバレル形の遠心式圧縮機が記載されている。内部ケーシングの内部には、ダイヤフラムが取り付けられると共に、回転軸（主軸）に固定された複数の羽根車が収容されている。外部ケーシングは、筒状の胴部（ケース）と２体の側蓋とを結合させたものである。胴部には、吸込ノズル（吸込口）と吐出ノズル（吐出口）とが設けられている。また、羽根車が固定された主軸は、外部ケーシングを形成する２体の側蓋にそれぞれ設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、遠心圧縮機の効率を向上させるため、吸込ノズルから吸い込む流体の量を調節したい場合がある。一般に吸込流量の調節は、次のような構成の流量調節機構によって行われる。すなわち、流量調節機構は吸込ノズルに設けられた吸込ベーンと、吸込ベーンの取り付け角度を変化させるための変角機構とから構成され、遠心圧縮機外部に設けられた駆動部から駆動力を得て、変角機構を動作させることによって吸込ベーンの角度を制御し、吸込流量を調節していた。
【０００４】
しかしながら、遠心圧縮機に設けられる変角機構は、ガイドリングやリンクなどを用いた複雑な構成となっており、このような変角機構を設けるためには外部ケーシング内に広いスペースを必要とするため、装置全体が大型化してしまう問題があった。そして、このような変角機構をバレル形の遠心圧縮機に適用するのは困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は上記課題を解決し、吸込ベーンを確実に制御できる変角機構を有し、かつ小型化を図ることができるバレル形の遠心圧縮機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る遠心圧縮機は、主軸に取り付けられた羽根車を収容する内部ケーシングの外側に、吸込口と吐出口とを有する筒状の外部ケーシングを設けたバレル形の遠心圧縮機において、吸込口から吸込まれた流体を羽根車に導入するための流入路に主軸を取り囲む円周を形成するように設けられ、主軸と平行に延在する取付軸を有する複数の吸込ベーンと、各吸込ベーンの取付軸に固定された複数の第１のギアと、外周に噛み合わせのための歯が形成され、第１のギアより主軸側に配置され、噛み合わせのための歯により各第１のギアと噛み合うと共に主軸の回りに回転自在である環状のリングギアと、一の第１のギアと当該第１のギアのリングギアと噛み合っている側と反対側から噛み合うと共に、主軸と平行に延在して外部ケーシングを貫通する駆動軸を有する第２のギアと、外部ケーシングの外側に設けられると共に、駆動軸と接続されたギア駆動部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、複数の吸込ベーンに固定された第１のギアを、第１のギアより主軸側に設けられた環状のリングギアに噛み合わせ、また外部ケーシングの外側の駆動部と接続された第２のギアと何れか一の第１のギアとを噛み合わせている。これにより、駆動部によって第２のギアを回転させると、第２のギアと噛み合っている第１のギアが回転し、それに伴って第１のギアと噛み合っているリングギアが主軸周りに回転する。そして、リングギアが回転することにより、リングギアとのみ噛み合い、第２のギアと噛み合っていない他の第１のギアも回転する。これにより、駆動部によって第２のギアを回転させれば、各第１のギアが回転し、各第１のギアに固定されている吸込ベーンの角度を変化させることができる。また、本発明の遠心圧縮機では、リングギアの周囲に第１のギアを噛み合わせ、さらにその外側に噛み合わせられた第２のギアを駆動させる構成により、駆動軸がリングギアの外径と第１のギアの外径とを合わせた寸法だけ主軸から離隔するので、駆動軸と主軸近傍設けられている軸受等との干渉を回避することができる。これにより、軸受等との干渉を避ける目的でリングギアの径を大きくする必要がなくなり、リングギアの回転半径を小さくでき、リングギア等を覆う外部ケーシングを小型化できる。
【０００８】
また、上記遠心圧縮機において、駆動軸は、第２のギアを有するギア側シャフトと、ギア駆動部と接続された駆動部側シャフトとからなり、ギア側シャフトと駆動部側シャフトとは、トルク比を変化させることができるトルク可変手段によって連結されていることを特徴としても良い。
【０００９】
このような構成を採用すれば、駆動部側シャフトから伝達されたトルクをトルク可変手段によってある程度吸収してギア側シャフトに伝達することができる。
これにより、ギア側シャフトに作用する負担を軽減することができるので、ギア側シャフトを細径化することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明に係る遠心圧縮機の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、本実施形態の遠心圧縮機１０を示す要部断面図である。遠心圧縮機１０は、いわゆるバレル形の一軸多段遠心圧縮機１０として構成されており、主軸１２に取り付けられた複数（この場合４体）のインペラ（羽根車）１４を備える。
【００１２】
各インペラ１４は、水平割形または輪切形に形成された内部ケーシング１６の内部に収容される。また、内部ケーシング１６の内部には各インペラ１４の間を結ぶ流通路を画成するダイヤフラム１８が取り付けられている。一方、外部ケーシング２０は、筒状の胴部２２と２体の側蓋２４，２６とからなり、側蓋２４は溶接により、側蓋２６はボルト等によって、それぞれ胴部２２に対して強固に結合されている。
【００１３】
外部ケーシング２０の胴部２２には、それぞれ主軸１２と直交する方向に延びる吸込口２８と吐出口３０とが設けられている。さらに、側蓋２４，２６には、ガスシール方式の軸封部３２が設けられると共に、バッファガスを供給するための配管（図示せず）が配設されている。さらに、側蓋２４，２６には、主軸１２を支持するジャーナル軸受３４が取り付けられた軸受ケーシング３８が固定されている。図１において、吸込口２８側（図１における右側）に位置する軸受ケーシング３８には、さらにスラスト軸受３６がジャーナル軸受３４の外方に位置するように配置されている。
【００１４】
吸込口２８と第１のインペラ１４の吸込口１５とを連通する流入路には、本実施形態の特徴である吸込ベーン４０が複数（この場合は１２体）設けられている。各吸込ベーン４０は流入路の最入口よりに配置された案内羽根４１の後段に位置する。図２に示すように、各吸込ベーン４０は主軸１２を取り囲む円周を形成するように配設されている。そして、この吸込ベーン４０を図２に一点鎖線で示すように回動させることにより、各吸込ベーン４０の間を通過して第１段目のインペラ１４の吸込口１５に向かう流体の量は調節される。
【００１５】
次に、各吸込ベーン４０の角度を変化させる機構について説明する。図１に示すように、各吸込ベーン４０は主軸１２と平行に延在する取付軸４２を有している。そして、取付軸４２には、以下に説明する仕組みによって動作させられ、吸込ベーン４０を回転させる従動ギア（第１のギア）４４が固定されている。そして、各吸込ベーン４０の取付軸４２に固定された各従動ギア４４は、各従動ギア４４より主軸１２側にある環状のリングギア４６に噛み合わせられており、リングギア４６を回転させることによって、各従動ギア４４と共に各吸込ベーン４４の取付軸４２が回転する仕組みとなっている。一方、複数の従動ギア４４のうち、一の従動ギア４４は外部の駆動装置６０と接続された駆動ギア（第２のギア）４８に噛み合わせられている。
【００１６】
図３は、各ギア（従動ギア４４、リングギア４６、駆動ギア４８）を模式的に示す要部拡大斜視図である。図３に示すように、外周に噛み合わせのための歯が形成されたリングギア４６の外部に複数の従動ギア４４が噛み合わせられている。そして、一の従動ギア４４に対して、リングギア４６のある側とは反対の側から、駆動ギア４８が噛み合わせられている。なお、各ギアが噛み合わせられている領域Ｒ（図１参照）はグリースで満たされており、これにより、各ギアは滑らかに回転することができる。
【００１７】
図１に示すように、駆動ギア４８は主軸１２の下方に配置され、外部ケーシング２０（側蓋２６）を貫通する駆動軸５２によって外部ケーシング２０の外側に設けられた駆動装置６０と接続されている。駆動軸５２は、駆動ギア４８が接続されている駆動ギア４８側のシャフト５３と、駆動装置６０が接続された駆動装置６０側のシャフト５４の２部材から構成されている。駆動ギア４８側のシャフト５３は、側蓋２６に取り付けられた玉軸受５０によって支持されている。そして、２体のシャフト５３，５４は、トルク比を変化させることができるトルクリミッタ５６により接続されている。
【００１８】
次に、本実施形態の遠心圧縮機１０の動作について説明する。まず、主軸１２を回転させ、各インペラ１４が回転し、吸込口２８から流体が吸い込まれる。この際に、吸込ベーン４０の角度を変化させて吸込口２８と連通する第１段目のインペラ１４へ流入させる流量を調節する。すなわち、駆動装置６０により駆動軸５２を回転させて駆動ギア４８を回転させる。この際、駆動装置６０から与えられたトルクは、駆動軸５２の途中に設けられたトルクリミッタ５６によってある程度減少させられて、駆動ギア４８側のシャフト５３に伝達する。このため、駆動ギア４８側のシャフト５３にかかる負担を軽減することができる。
【００１９】
駆動ギア４８が回転すると、駆動ギア４８に噛み合わせられている一の従動ギア４４が回転し、同時に当該従動ギア４４に噛み合わせられているリングギア４６が主軸１２の周りに回転する。そして、リングギア４６が回転するのに伴って、リングギア４６に噛み合わせられている各従動ギア４４も回転するので、各従動ギア４４と取付軸４２を介して接続されている各吸込ベーン４０は回転して、その角度が変化する。
【００２０】
吸込ベーン４０を通過してインペラ１４の吸込口１５に流入した流体は、４体のインペラ１４を通過して圧縮され、吐出口３０から遠心圧縮機１０の外部へ吐出される。
【００２１】
このように本実施形態の遠心圧縮機１０においては、吸収ベーン４０の取付軸４２に固定された従動ギア４４は、主軸１２周りに回転するリングギア４６に噛み合わせられている。これにより、リングギア４６を回転させることにより吸込ベーン４０を回転させ、その角度を変化させることができる。
【００２２】
また、リングギア４６を回転させる回転駆動力は、一の従動ギア４４に主軸１２のある側とは反対の側から噛み合わせられた駆動ギア４８によって伝達される。この駆動ギア４８は、主軸１２と離隔した位置に配設されるため、主軸１２の近傍に配設されている軸受３２，３４，３６等と、駆動ギア４８の駆動軸５２との干渉が起きない構成となっている。これにより、軸受３２，３４，３６等との干渉を避ける目的でリングギア４６の径を大きくする必要がなくなり、小さい径のリングギア４６によって吸込ベーン４０の変角機構を構成できるため、装置の小型化を図ることができる。
【００２３】
また、駆動ギア４８と駆動装置６０とを接続する駆動軸５２は、駆動ギア４８側のシャフト５３と駆動装置６０側のシャフト５４の２部材とから構成され、この２体のシャフト５３，５４はトルクリミッタ５６で連結されている。これにより、駆動装置６０から伝達されたトルクをトルクリミッタ５６で減少させて駆動ギア４８側のシャフト５３に伝達できるため、駆動ギア４８側のシャフト５３の径を細くすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【００２４】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４に示す第２実施形態の遠心圧縮機７０は、第１実施形態の遠心圧縮機１０と基本的な構成は同一であるが、駆動ギア７２の形状が異なっている。
【００２５】
図５に示すように、第２実施形態の駆動ギア７２は円形状ではなく、従動ギア４４と噛み合わない側の一部が切り取られた形状をしている。図２を参照すれば明らかなように、吸込ベーン４０は必ずしも一回転する必要はなく、０〜９０°程度の範囲で角度を変化させれば、吸込口２８からの吸込流量を調節することができる。従って、駆動ギア７２も必ずしも一回転する必要はなく、従動ギア４４を上述のような範囲で回動させれば良い。なお、従動ギア４４と駆動ギア７２との噛み合わせに必要な範囲は従動ギア４４と駆動ギア７２の径の比によって定まるものである。
【００２６】
このような構成とすることにより、外部ケーシング２０内に駆動ギア７２が占めるスペースを削減することができ、遠心圧縮機７０の小型化を図ることができる。また、図４に示すように、削減されたスペースにＯリング７４を配設し、シール性の向上を図ることも可能となる。
【００２７】
以上、本発明の遠心圧縮機の各実施形態について詳細に説明してきたが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。
【００２８】
上記各実施形態においては、円形状の従動ギア４４を採用し、円周全体に歯を設けているが、吸込ベーン４０の回動角度に対応して、従動ギア４４が回転してリングギア４６と噛み合う部分にのみ歯を設けることとしても良い。これにより、材料費の節約、装置の小型化を図ることができる。
【００２９】
また、外部ケーシング２０から突出した駆動軸５２を支持する軸受を設けても良い。これにより、駆動軸５２を遠心圧縮機１０から離隔された位置まで延出させることができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、遠心圧縮機の吸込ベーンは、吸込ベーンの取付軸に固定された第１のギアが、主軸周りに回転可能なリングギアに噛み合わせられている。これにより、リングギアを回転させれば第１のギアも回転することとなり、第１のギアが固定されている吸込ベーンの角度を変化させることができる。
【００３１】
また、一の第１のギアは、リングギアと噛み合っている側とは反対の側から、外部ケーシングの外側の駆動装置と駆動軸によって接続された第２のギアに噛み合わせられている。これにより、リングギアの径を大きくして第１のギアを主軸から離隔させなくても、リングギアの外径と第１のギアの外径を合わせた寸法だけ駆動軸が主軸から離隔することとなり、主軸を支持する軸受等と駆動軸との干渉を回避できる。従って、リングギアの径が小さい変角機構を構成することができ、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】遠心圧縮機を示す断面図である。
【図２】吸込ベーンの配設方向を示す断面図である。
【図３】リングギア、従動ギア及び駆動ギアの噛み合わせを示す斜視図である。
【図４】遠心圧縮機を示す断面図である。
【図５】駆動ギアを説明する説明図である。
【符号の説明】
１０・・・遠心圧縮機、１２・・・主軸、１４・・・インペラ、１６・・・内部ケーシング、１８・・・ダイヤフラム、２０・・・外部ケーシング、２２・・・胴部、２４，２６・・・側蓋、２８・・・吸込口、３０・・・吐出口、３２・・・軸封部、３４・・・ジャーナル軸受、３６・・・スラスト軸受、３８・・・軸受ケーシング、４０・・・吸込ベーン、４１・・・案内羽根、４２・・・取付軸、４４・・・従動ギア、４６・・・リングギア、４８・・・駆動ギア、５０・・・玉軸受、５２・・・駆動軸、５３，５４・・・シャフト、５６・・・トルクリミッタ、６０・・・駆動部、７０・・・遠心圧縮機、７２・・・駆動ギア、７４・・・Ｏリング。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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