JPS5820906A - タ−ボ圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＩ−ポ圧縮機に関し、特に％工場空気源用のタ
ーボ圧縮機勢風量変動が大きいにもかかわらずほぼ一定
の風圧供給を必要とするような圧縮機に使用する場合に
動力損失を最小限におさえて余剰動力を回収し得るよう
改喪したターボ圧縮機を提供するものである。

はぼ一定の風圧を必要としかつ風量装動が大きい場所に
使用する圧縮機、例えば工場空気源用のターボ圧縮機等
の場合、その設計上の風量−風圧特性は夏季等最高使用
時を考直して設定されてぃ　　　するため、夜間あるい
は体日尋圧縮空気使用量が少ない場合には非常に少ない
風量で良いことになり、その場合の余剰風量（あるいは
余剰動力）の回収方法が問題に１にる。

ターｌ圧縮機の場合、その特性より、風量が低下し設計
点の約７０ｓ以下の風量になるとサージング状ｌＩＫな
り不安定運転状態となり、ついには運転不能に＆つてし
まう、このため、風量が減少し設計点の約７０−に達す
ると、余剰風量の放出即ち放風を行わなければ運転する
ことができない。

このため、圧縮された吐出ガスの放風の分だけそのエネ
ルギーを有効利用することができず動力の損失を招いて
いた。

一方、必要風量が小さくなった場合圧縮機駆動用のモー
タを停止することも考えられるが、工場空気源用のター
ボ圧縮機に使用されるような大型のモータの場合、起動
時の発熱が大きいためその起動及び停止を頻繁に繰返す
ことができず、連続運転しておかなければならない、こ
のため、必要風量の変動に伴って圧縮機の運転を起動し
たり停止し九りすることにより動力損失を防ごうとする
方法は実際上採用することができなかった。

また、タービン駆動、Ｒ体継手等による回転数変更方式
、あるいはインレットガイドベーンの開度調整等によっ
ても風量コントは一ルを行うことができるが、これらの
方式による風量コントロールでは風量減少に伴い風圧も
低下する丸め、前述の工場空気源用のターボ圧縮機の場
合のように一定風圧を必要としかつ風量変動の大きいも
のに対しては、これらの風量コントロールを採用するこ
とはできなかった。

さらに、従来、圧縮機の回転軸にタービン羽根車を取付
けて他のプラントからのガスを導いてこのタービン羽根
車に放出することにより動力を回収するように゛した圧
縮機が提案されているが、この従来の圧縮機においては
オーバーラン装置を備えておらず、従ってタービン羽根
車に対しある程度以上の一定ガス量の供給が必要であっ
た。即ち、タービン羽根車に供給されるガス量が少ない
ときにはこのタービン羽根車がブレーキになり、逆に動
力の損失を招くためその用途は極めて限られたものであ
った。従って、従来技術による圧縮機では、空気供給量
（風量）の変動が大きく、かつほぼ一定の風圧が要求さ
れる場所に使用する場合、例えば工場内空気源用の圧縮
機等として使用する場合、その圧縮機の余剰ガスを利用
してタービンを回転駆動し、該タービンを介し【動力を
回収するという方法を実施することができなかった。

第１図は定風圧でかつ風量変動の大きい場所に使用され
るターボ圧縮機（例えば工場空気源用のターボ圧縮機）
の従来の配置例を示す図である。

第１図において、□ターボ圧縮機１は、モータ２等の原
動機により増速装ｆ３を介して回転駆動される。ターボ
圧縮機１０ａ込儒−イン４には風量　　゛検出装置器及
び定風圧制御弁６が設けられている。

ターボ圧縮機１の吐出側は吐出ラインγと放風ライン８
とに分岐され、該放風ラインにはｔ−ジ防止放風弁９が
設けられている。前記サーブ防止放風弁９は、吸込ライ
ン４の風量即ち、圧縮機の吸込風量が減少してターボ圧
縮機１のサージング限界に違したとき、この風量減少に
応じて開弁じ、ターボ圧縮機ｌからの余剰風量を放出す
るように作動する。

以上第１図について説明したような従来のサーボ圧縮機
では、第２図に示す如く、吐出風量１０〇−の運転状１
１Ａ点から約７０１吐出風量の点Ｂまでの範囲では定風
圧制御弁６により風量が絞られ、ず−ジ防止放風弁９を
閉じ九ままで運転される。

ζうして１点Ａと点Ｂの範囲では吐出ライン７の圧縮空
気の風圧をほぼ１００ＳＫ維持す為ことができる。第２
図中一点鎖線Ｘはサージ防止放風弁９を設けずに風量に
応じて吐出絞りを行う場合の骨性を示す―纏である。サ
ージ防止放風弁９を設は亀い場合には、自纏ＸＫ示す如
く、風量７０慢の点Ｂ以下の風量ではサージング現象が
生じ異常振動が発生する。第１図に示すサーボ圧縮機で
は、約７０−風量の点Ｂで前記サージ防止放風弁９を開
弁するので、余剰吐出ガスがこの弁を通して放風され、
これによって風量減少にもかかわらず風圧はほぼ１００
ＩＩＫ維持される。

このように、従来のターボ圧縮機では、風量減少時罠サ
ージ防止放風弁９を開弁して余剰吐出カスｉ排出するこ
とにより、風圧を維持し、第２図中の定風圧す−ジ放−
〇曲！ｉＹ（風圧をほぼ１００チに維持する線）を維持
していた。

第３図は吐出風量に対するＷｒ景動力を示す曲線であり
、第１図に説明したような従来のターボ圧縮機では、必
要風量が減少した場合には圧縮機からの余剰吐出ガスを
無駄に排出していたので、第８図中曲線Ｐで示す如く、
サージ防止放風弁９を開く点Ｂより小さい風量の範囲で
は、風量の減少にもかかわらず所要動力の変化がなく、
風量減少に見合った動力回収ｔはとんど行うことができ
ず。

無駄な動力を消費していえ。

本発明の目的は、以上館・１図〜第３図について説明し
たような従来のターボ圧縮機の動力損失の問題を解消し
、一定風圧を維持しながらその風量（必要風量）が減少
した場合にはその余剰動力を有効に回収することができ
、もって省エネルギー効果を達成し得るターボ圧縮機を
提供することである。

本発明の特徴は、圧縮機の回転軸にオーバーラン装置を
介してタービン羽根車を取付けるとともに、吐出ライン
とタービン羽根車との間に所定圧以上で開弁する吐出圧
制御弁を設け、必要風量が減少して圧縮機からの吐出圧
が上昇したときこれを検知して前記吐出圧制御弁を通し
て吐出余剰ガスを前記タービン羽根車に供給し、該ター
ビン羽根車を介して余剰動力を回収する点にある。

即ち、本発明によれば、原動機により回転駆動されかつ
回転軸にタービン羽根車が取付けられたターボ圧縮機に
シいて、前記タービン羽根車から前記回転軸へは動力伝
達可能であるが、その逆には動力を伝達しないオーバー
ラン装置を介して該タービン羽根車を取付けるとともに
、圧縮機からの吐出圧が所定値以上のとき開弁する吐出
圧制御弁を通しく吐出余剰ガスを前記タービン羽根車に
供給し該タービン羽根車を介して余剰動力を回収するよ
う構成したことを特徴とするターボ圧縮機が提供される
。

以下第４図〜第６８１Ｉｔ参照して本発明のターボ圧縮
機の実施例を説明する。

第４図は本発＠によるターボ圧縮機の一実施例の全体配
置を示す図であり、Ｉ−ｄｉ圧縮機ｌは毫−メ勢の原動
機２により増速装置３を介して回転駆動される。ターボ
圧縮機１区は１込ライン４及び吐出ライン１が設けられ
ている。前記１−ｄｉ圧縮機１６）１１転軸には、第４
１１及び鎮５図に示す如く、タービン羽根車１Ｇが取付
けられ、前記吐出ツイン７と前記タービン羽根車！Ｏと
の間Ｋｌｌ罠り通路１１が設けられている。この屓り通
路１１のタービン羽根車側は、第１１１に示す如く、該
タービン羽根車の入口ｍ１２に接続されている。前　　
ｉ記戻り通路１１０途中には圧縮機１からの吐出圧が所
定値以上のとき開弁する吐出圧制御弁ｌ！１が設けられ
ている。従って、吐出ライン７から取出される必要風量
が減少して吐出圧が所定値以上に上昇したとき、前記吐
出圧制御弁１２が開弁して吐出余剰ガスを前記タービン
羽根車に供給し腋タービン羽根車ｔ−回転駆動し得るよ
うになっている。

前記吐出余剰ガスは前記タービン羽根車を通過し良後放
風される。

ｍｌｋｍＦｉ前記タービン羽根車１０の具体的構造例を
示す図である。

第８ｗＪにおいて、ターボ圧縮機ｌの回転軸（圧縮機軸
）１３は圧縮機軸受１４により支持されており、該回転
軸１３の先端部（突出端部）Ｋはタービン羽根車１０が
取付けられている。このタービン羽根車１（１回転軸１
３との間に設けられたジャーナル軸受１５．１６によっ
てその荷重が支えられ、１１回転輪１３＃ｃ取付けられ
えスラストカッ−１６，１１及びスラスト軸受１７．１
７によってガスにより発生するタービン羽根車のスラス
ト荷重が支えられている。

前記タービン羽根車１０はオーバーラン装置１８ｔ−介
して回転軸１３に取付けられている。このオーバーラン
装置１８は、タービン羽根車ｌＯから回転軸１１へは回
転駆動力（動力）を伝達し得るが、その逆ＩＩＣは動力
を伝達しない構造、即ちワンウェイクラッチと類似の構
造を有している。

第５図及び第６図に示す如く、前記オーバーラン装置１
８は回転軸１３に固定され丸軸スリーブ１９と、タービ
ン羽根車１０の内径及び前記軸スリーブ１９間の空間内
を軸方向罠延在するよう設けられ九複数個のシャフト２
０とこれらのシャフト２０のそれぞれに揺動可能に軸支
されたつめ２１と隣接するそれぞれのつめ２１の関に設
けられた罠しスプリング１１２とにより構成されている
。

このオーバーラン装置１８は、前記圧縮機軸受１４との
間を給油孔２８によって連通され、この圧縮機軸受１４
ととも罠給油され潤滑及び冷却を總されている。

前記オーバーラン装置１８は前記−一ビン羽根車１００
回転遭寂が前記圧縮機１３の回転速度よりも速いとき両
者を結合して＃タービン羽根車１０から回転軸１３へ動
力伝達可能になるが、一方タービン羽根車ｌＧの回転速
度の方が低いときに＃−１ｉ両者間の結合を解除して互
いに自由となり回転輪１３のみを空転させるように作動
する。

即ち、第６図において、タービン羽根車ｌＯが圧縮機の
回転軸１３に対し矢印Ｇ１方向に回転すると前記各つめ
２１それぞれのシャフト２０に対し摩擦力により矢印Ｇ
會方向に揺動させて各つめ２１を立て、回転軸１３に焼
嵌めされた前記軸スリーブ１９の外周面との間にくさび
効果を生じ、この締まり勝手に作用するくさび力によっ
て回転軸１３Ｋ１１転力を伝え該回転軸を矢印Ｇｓ力方
向回転駆動する。こうし【、タービン羽根車ｌＯの回転
速度が圧縮機の回転軸１３の回転速度より速い場合には
、該タービン羽根車から該回転軸へ動力を伝達する。

一方、タービン羽根車ｉ　ｏ、）、、の、′回転力がな
いかあるいは小さく、従ってタービン羽根車１００回転
装置が圧縮機の回転軸１３０回転速度よりも小さいと自
には、タービン羽根車に対する回転軸１３の相対速１が
第６図中矢印Ｇ６で示す如くなり、各つめ２１ｉｊスプ
リング２２０力により前記矢印Ｇ雪とは逆に寝る方向と
なり、タービン羽根車ｌＯと回転軸１３との間の動力伝
達は線断され互いに自由に回転し得る状Ｉ１１になる。

従って、圧縮機の回転軸１３のみ空転することになる。

第５図にもどって、前記入口室１２へ導入された吐出余
剰ガスは固定側に設けられたノズル２４を通してタービ
ン羽根車１０の外周のタービン翼２５を通して噴出され
、該タービン羽根車１０に回転力を発生させる。

以上第４図〜第６図について説明した本発明のターボ圧
縮機の実施例によれば、圧縮機ｌからの吐出余剰ガスを
利用してタービン羽根車１０ｆｅ回転駆動し、該タービ
ン羽根車１０で吸収した動力をターボ圧縮機ｌの回転軸
へ伝え、該圧縮機駆動力の一部として利用することがで
きる。即ち吐出余剰ガスのエネルギーを回収してこれを
有効に利用することができる。

以ｆ［４Ｉｆ−第６図について説明した本発明の＊施例
によれば、吐出風量の変動にもかかわらず圧力（を圧）
？ニ一定に維持することができ、第２図中の曲！ＩＹで
示した定風圧サージ放風の場合と同一の風圧を維持する
ことができる。さらに、吐出風圧を従来の放風手段と同
じく一定に維持すると同時に、吐出風量に対する所要動
力に関して鉱第３図中曲！！Ｒで示す如く吐出風量の減
少く応じてその所要動力を低下させることができる。第
３図中の曲線Ｒは第４図〜第６図一ついて説明したよう
な動力回収装置つきターボ圧縮機の性能曲線を例示する
ものであり、前述の実施例によれば従来のターボ圧縮機
に比べ曲、＠ｐと曲線Ｒとの間の斜線部分で表わされる
量の動力を節約することができる。なお第３図中曲ＩＩ
ＩＱＦｉ定風圧理論性能を示す曲線であり、吐出風量に
対する所要動力が完全に線形特性として表わされる理想
的な状態を示すＩＩＩＩｉＩである。換言すれば、第４
図〜＠６図について説明した本発明の実施例によれば、
第１図のような従来技術ではＩＩ３図中の曲線Ｐで示す
ような動力を必要としていたのに対し、第３図中鎖線部
分で表示する量の動力をターボ圧縮機駆動動力として回
収利用することにより同図中白りＲで示す程ＵＫまで所
要動力を減少させることができる。

以上の説明から明らかな如く、本発明によれば、タービ
ン羽根車を圧縮機の回転軸に対しオーバーラン装置を介
して取付けるとともに、吐出圧が所定値以上のとき開弁
する吐出圧制御弁を通して吐出余剰ガスを前記タービン
羽根車に供給するよう構成したので、風量が設計点より
も大幅に変動した場合でも肚出余剰ガスでタービン羽根
車を回転駆動することにより余剰動力を回収し省エネル
ギー効果を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のターボ圧縮機の全体配置を例示する説明
図、第２図は吐出風量に対する風圧の変化特性を例示す
るグラフ、第３図は吐出風量に対する所要動力の変化特
性を従来技術及び本発明の実施例を比較して例示するグ
ラフ、第４図は本発明によるターボ圧縮機の全体配置を
例示する説明図、第５図は第４図中のタービン羽根車の
取付構造を例示する縦断面図、第６図祉第５図中の線■
−Ｖｌに沿った部分断面図である。 ｌ・・・ターボ圧縮機、２・・・原動機、４・・・吸込
ライン％７・・・吐出ライン、１０・・・タービン羽根
車。 １１・・・戻り通路、１２・・・吐出圧制御弁。 １３・・・ターボ圧縮機の回転軸、１８・・・オーツ（
−ラン９置、２Ｇ・・・シャ７）、２１・・・つめ、２
４・・・ノズル、２５・；・タービン翼。 代理人　　　鵜　　沼　　辰　　之 （ほか２名） 第１図 第２図 一一―吐出［１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　原動機により回転駆動されかつ回転軸にター
   ビン羽根車が取付けられたターボ圧縮機において、前記
   タービン羽根車から前記回転軸へは動力伝達可能である
   が、その逆には動力を伝達しないオーバーラン装置を介
   して腋タービン羽根車を取付けるとともに、圧縮機から
   の吐出圧が所装置以上のと會開弁する吐出圧制御弁を通
   して吐出余剰ガスを前記タービン羽根車に供給し該ター
   ビン羽根車を介し余剰動力を回収するよう構成し九こと
   を特徴とするターボ圧縮機。