JP2006200531A - 多段ターボ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ圧縮機と駆動ユニットとからなる機械列の省スペース的配置が可能となるようにした多段ターボ圧縮機を提供する。
【解決手段】１つの歯車装置を一体化した歯車圧縮機（２）として設計された多段ターボ圧縮機であって、この歯車装置が１つの中央大歯車（９）を含み、この大歯車が複数の小歯車（１４、１５）とかみ合い、各小歯車が相対回転不能に１つの小歯車軸に取付けられ、各小歯車軸の末端に１つの圧縮機段（ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ）の１つの羽根車が配置され、大歯車（９）が１つの駆動小歯車（８）とかみ合い、この駆動小歯車が、１つの駆動ユニット（１）と結合された１つの駆動軸（６）上に相対回転不能に取付けられているものにおいて、駆動小歯車（８）の軸線が大歯車（９）の軸線と同じ水平平面（２０）に配置され、駆動小歯車（８）が第１圧縮機段（Ｉ）の１つの小歯車軸（１１）に取付けられた１つの小歯車（１０）とかみ合っている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、１つの歯車装置を一体化した歯車圧縮機として設計された多段ターボ圧縮機であって、この歯車装置が１つの中央大歯車を含み、この大歯車が複数の小歯車とかみ合い、各小歯車が相対回転不能に１つの小歯車軸に取付けられ、各小歯車軸の末端に１つの圧縮機段の１つの羽根車が配置され、大歯車が１つの駆動小歯車とかみ合い、この駆動小歯車が、１つの駆動ユニットと結合された１つの駆動軸上に相対回転不能に取付けられているものに関する。

公知の歯車圧縮機（特許文献１、特許文献２、特許文献３）は、複数の小歯車とかみ合う１つの大歯車を特徴としている。小歯車にはそれぞれ１つまたは２つの圧縮機段が固着されている。小歯車が大歯車を取り囲み、この大歯車は大歯車の軸が駆動軸と連結されていることによって直接駆動される。駆動ユニットを歯車圧縮機に連結する別の可能性は１つの駆動小歯車を介して行うことができ、この駆動小歯車は圧縮機段の小歯車と同様に大歯車とかみ合っている。歯車圧縮機の構造に起因して駆動小歯車は大歯車の下方に配置されている。このような歯車圧縮機は据付け時に高さのずれを必要とする。というのも大歯車の軸と駆動ユニットの軸は、大歯車の半径と駆動ユニットの半径との和から生じる値だけ離間しているからである。これにより、付加的構造空間が必要になる。
独国特許発明第９７４４１８号明細書 欧州特許第０４４０９０２号明細書 欧州特許出願公開第１３０２６６８号明細書

本発明の課題は、ターボ圧縮機と駆動ユニットとからなる機械列の省スペース的配置が可能となるように、１つの歯車装置を一体化した歯車圧縮機として設計された多段ターボ圧縮機であって、この歯車装置が１つの中央大歯車を含み、この大歯車が複数の小歯車とかみ合い、各小歯車が相対回転不能に１つの小歯車軸に取付けられ、各小歯車軸の末端に１つの圧縮機段の１つの羽根車が配置され、大歯車が１つの駆動小歯車とかみ合い、この駆動小歯車が、１つの駆動ユニットと結合された１つの駆動軸上に相対回転不能に取付けられている多段ターボ圧縮機を形成することである。

この課題を解決するために、請求項１に記載の発明に係るターボ圧縮機は、１つの歯車装置を一体化した歯車圧縮機として設計された多段ターボ圧縮機であって、この歯車装置が１つの中央大歯車を含み、この大歯車が複数の小歯車とかみ合い、各小歯車が相対回転不能に１つの小歯車軸に取付けられ、各小歯車軸の末端に１つの圧縮機段の１つの羽根車が配置され、大歯車が１つの駆動小歯車とかみ合い、この駆動小歯車が、１つの駆動ユニットと結合された１つの駆動軸上に相対回転不能に取付けられているものにおいて、駆動小歯車の軸線が大歯車の軸線と同じ水平平面に配置され、駆動小歯車が第１圧縮機段の１つの小歯車軸に取付けられた１つの小歯車とかみ合っていることを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明に係るターボ圧縮機は、請求項１に記載のターボ圧縮機において、中央大歯車とかみ合う小歯車が、大歯車の軸線を通過する水平平面とこの平面の上方とに配置されていることを特徴とするものである。

さらに、請求項３に記載の発明に係るターボ圧縮機は、請求項１又は２に記載のターボ圧縮機において、駆動ユニットが蒸気タービンとして構成され、歯車圧縮機と一緒に１つの機械列内に配置され、駆動ユニットの軸線と歯車圧縮機の大歯車の軸線が同じ水平平面に配置されていることを特徴とするものである。

さらにまた、請求項４に記載の発明に係るターボ圧縮機は、請求項３に記載のターボ圧縮機において、歯車圧縮機が１つの機械列中で、一方の側で蒸気タービンとして構成される駆動ユニットと他方の側で膨張機に結合されたモータ／発電機との間に配置され、駆動ユニットの軸線と歯車圧縮機の大歯車の軸線とモータ／発電機の軸線と膨張機の軸線が同じ水平平面に配置されていることを特徴とするものである。

本発明により形成される多段ターボ圧縮機でもって、ターボ圧縮機および駆動ユニット用に共通する中立面が存在する機械列を構成することができる。この機械列が例えばモータ／発電機および／または膨張機等の他のユニットによって拡張されると、共通する中立面は付加的ユニット用にも存在する。共通する中立面によって、ユニットが据付けられるベースフレーム内および機械列の基礎テーブル（鋼架またはコンクリート）内で高さのずれが避けられる。機械列の改造体積が小さくなり、そのため機械列の製造、輸送、運転および整備が一層簡単かつ安価になる。圧縮機ケーシング用に不可欠なスペースが拡大されるので、一層大きな圧縮機の製造が可能になる。最後に、駆動小歯車、軸受、歯車装置ケーシング等の個々の部材の機械的負荷が減少する。

本発明の１実施例が図面に示してあり、以下で詳しく説明される。

図１に示す機械列はガスを処理し継続加工するための化学施設の一部である。このような機械列は１つの駆動ユニット１と１つの歯車圧縮機２とからなる。化学施設の種類に応じて機械列はなお１つのモータ／発電機３と１つの膨張機４とを含むことができる。個々のユニットは互いに連結され、１つのベースフレーム、つまり機械テーブル５上に取付けられており、この機械テーブルはコンクリート製または鋼製の基礎に静置されている。機械テーブル５の下方に複数の冷却器、１つの凝縮器、施設の運転に不可欠なその他の機器がある。

駆動ユニット１は主に蒸気タービンとして構成されており、その被動軸は後続の歯車圧縮機２の駆動軸６と結合されている。歯車圧縮機２は歯車装置を一体化した多段ターボ圧縮機であり、ガスを圧縮するのに役立つ。

図３による歯車圧縮機２は１つのケーシング７を含み、このケーシング内に駆動小歯車８、大歯車９および他の小歯車１０、１４、１５が配置されている。駆動小歯車８は駆動軸６に固着され、この駆動軸は歯車圧縮機２のケーシング７内で支承されている。駆動小歯車８は片側で１つの第１小歯車１０とかみ合い、この小歯車は相対回転不能に１つの第１小歯車軸１１に固着されている。第１小歯車軸１１は一方の末端に１つの羽根車を担持しており、この羽根車は圧縮機の渦巻ケーシング１２内で回転し、この圧縮機は多段歯車圧縮機２の第１圧縮機段Ｉとなる。

駆動小歯車８は第１小歯車１０とは反対の側で大歯車９とかみ合い、この大歯車はケーシング７内で支承される軸１３に相対回転不能に固着されている。駆動小歯車８を介して導入される駆動ユニット１の出力は同時に大歯車９と第１圧縮機段Ｉに付属する第１小歯車１０とに放出される。

大歯車９は１つの第２小歯車１４と１つの第３小歯車１５とにかみ合い、これらの小歯車はケーシング７内で支承される１つの第２、第３小歯車軸１６、１７に相対回転不能にそれぞれ固着されている。第２小歯車軸１６はその末端で１つの第２、第３圧縮機段ＩＩ、ＩＩＩの羽根車を担持している。第３小歯車軸１７はその末端で渦巻ケーシング１８、１９を有する１つの第４、第５圧縮機段ＩＶ、Ｖの羽根車を担持している。すべての圧縮機段は相応する小歯車軸上で浮動支承されている。

駆動軸６と第１小歯車軸１１と第２小歯車軸１６と大歯車９の軸１３は同じ水平平面２０にある。第３小歯車軸１７はこの平面２０の上方にある。図３の図において大歯車９に関して駆動小歯車８は９時位置、第２小歯車１４は３時位置、第３小歯車１５は１２時位置にある。駆動小歯車８に関して第１小歯車１０は９時位置、大歯車９は３時位置にある。

機械列の核心は歯車圧縮機２と、駆動ユニット１としての蒸気タービンである。モータ／発電機３と膨張機４は、化学プロセスの種類に応じて一緒にまたは個々にも省くことができるコンポーネントである。モータ／発電機３が設置されていると、それは直接に、または歯車装置を介して、大歯車９の軸１３と結合される。

機械列は、蒸気が存在する限り、駆動ユニット１としての蒸気タービンで始動することができる。その場合、モータ（モータ／発電機３のモータ接続時）はモータの同期回転数以降に機械列の駆動を引き受ける。化学プロセスが開始され、プロセスからの排ガスまたは排蒸気が膨張機４を駆動して以降にはじめて、膨張機４は出力を発生する。膨張機４は歯車圧縮機２で圧縮された空気で運転することもでき、こうしてエネルギーの一部を回収することができる。

機械列はモータ（モータ／発電機３のモータ接続時）で始動させることもできる。始動後に化学プロセスが経過する結果として蒸気がはじめて発生されると、蒸気タービンは駆動ユニット１として機械列をさらに駆動する。

膨張機４がなく、１つの発電機（モータ／発電機３の発電機接続時）が設置されているだけである場合、駆動ユニット１としての蒸気タービンは、歯車圧縮機２を運転し、電気エネルギーとしての補助出力を発電機から網に供給できるだけの出力を放出する。

機械列の側面図である。 図１の平面図である。 図１による機械列に介装されたターボ歯車圧縮機の歯車装置を斜視図で示す。

符号の説明

１ 駆動ユニット
２ 歯車圧縮機
３ モータ／発電機
４ 膨張機
５ 機械テーブル
６ 駆動軸
７ ケーシング
８ 駆動小歯車
９ 大歯車
１０ 第１小歯車
１１ 第１小歯車軸
１２、１８、１９ 渦巻ケーシング
１３ 軸
１４ 第２小歯車
１５ 第３小歯車
１６ 第２小歯車軸
１７ 第３小歯車軸
２０ 水平平面
Ｉ 第１圧縮機段
ＩＩ 第２圧縮機段
ＩＩＩ 第３圧縮機段
ＩＶ 第４圧縮機段
Ｖ 第５圧縮機段

Claims (4)

1. １つの歯車装置を一体化した歯車圧縮機（２）として設計された多段ターボ圧縮機であって、この歯車装置が１つの中央大歯車（９）を含み、この大歯車が複数の小歯車（１４、１５）とかみ合い、各小歯車（１４、１５）が相対回転不能に１つの小歯車軸（１６、１７）に取付けられ、各小歯車軸の末端に１つの圧縮機段（ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ）の１つの羽根車が配置され、大歯車（９）が１つの駆動小歯車（８）とかみ合い、この駆動小歯車が、１つの駆動ユニット（１）と結合された１つの駆動軸（６）上に相対回転不能に取付けられているものにおいて、駆動小歯車（８）の軸線が大歯車（９）の軸線と同じ水平平面（２０）に配置され、駆動小歯車（８）が第１圧縮機段（Ｉ）の１つの小歯車軸（１１）に取付けられた１つの小歯車（１０）とかみ合っていることを特徴とするターボ圧縮機。
2. 中央大歯車（９）とかみ合う小歯車（１４、１５）が、大歯車（９）の軸線を通過する水平平面（２０）とこの平面（２０）の上方とに配置されていることを特徴とする、請求項１記載のターボ圧縮機。
3. 駆動ユニット（１）が蒸気タービンとして構成され、歯車圧縮機（２）と一緒に１つの機械列内に配置され、駆動ユニット（１）の軸線と歯車圧縮機（２）の大歯車（９）の軸線が同じ水平平面（２０）に配置されていることを特徴とする、請求項１または２記載のターボ圧縮機。
4. 歯車圧縮機（２）が１つの機械列中で、一方の側で蒸気タービンとして構成される駆動ユニット（１）と他方の側で膨張機（４）に結合されたモータ／発電機（３）との間に配置され、駆動ユニット（１）の軸線と歯車圧縮機（２）の大歯車（９）の軸線とモータ／発電機（３）の軸線と膨張機（４）の軸線が同じ水平平面（２０）に配置されていることを特徴とする、請求項３記載のターボ圧縮機。
   

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