[發明專利]齒輪驅動渦輪壓縮機

有效

• 申請號: 200810086162.6
• 申請日: 2008-03-17
• 公開（公告）號: CN101265917A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 河田真廣;若林拓也;小野海士;前田智久
• 申請（專利權）人: 株式會社IHI
• 主分類號: F04D29/00
• 分類號: F04D29/00;F04D17/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 溫大鵬

技術領域

本發明涉及可避免葉輪與外殼發生過大接觸的齒輪驅動渦輪壓縮機。

背景技術

齒輪驅動渦輪壓縮機，是指對電動機、發動機、渦輪機等的旋轉以齒輪增速機進行增速來驅動渦輪壓縮機高速旋轉的裝置。

圖1A～圖1C是展示現有的齒輪驅動渦輪壓縮機的示意圖。圖1A是主視圖，圖1B是其B-B向剖視圖，圖1C是其C部放大圖。

在該例中，齒輪驅動渦輪壓縮機50是4級壓縮機，以4個壓縮機葉輪51依次對對象氣體進行壓縮而得到高壓。圖1B中省略了將葉輪圍起來的外殼(壓縮機外殼)和氣體流路。

圖1A中，52是大齒輪，53是小齒輪，以未圖示的驅動裝置(電動機、發動機、渦輪機等)驅動大齒輪52旋轉，通過該旋轉使小齒輪53增速，使得安裝在其兩端的葉輪51高速旋轉。由大齒輪52和小齒輪53構成的齒輪增速機的增速比通常達到10倍左右，各葉輪以每分鐘約1萬轉～每分鐘數萬轉的高速旋轉。

在容納大齒輪52和小齒輪53的齒輪箱54的下部安裝有水平延伸的防風板55，使得不會由于各齒輪的高速旋轉在齒輪箱54內產生的高速氣流而導致位于下方的潤滑油56的流動紊亂。

圖1B中，57是在小齒輪軸上以將小齒輪夾在中間的狀態固定的止推環，58是對大齒輪軸的軸向力進行承受的止推軸承。作用在各葉輪上的軸向力和因大齒輪與小齒輪嚙合而產生的軸向力，通過止推環57以及在它們之間以可滑動的狀態得到支承的大齒輪52傳遞到止推軸承58上，從而得到承受。

止推軸承58所承受的負荷大，因而一般使用滑動軸承。

與本發明的齒輪驅動渦輪壓縮機相關聯的技術例如在專利文獻1、2中已公開。

專利文獻1的“離心壓縮機”的目的是，在從壓縮機起動至達到正常運行狀態期間，特意使開放型葉輪的葉片前端與護罩部之間的間隙增大，以避免因經過一次危險轉速時的共振而發生接觸，在達到正常運行狀態那一刻將間隙減小。

如圖2所示，該離心壓縮機是這樣一種壓縮機，即，由齒輪軸63的止推軸承65通過小齒輪軸62的止推環68和齒輪軸的齒輪軸向力承受面對葉輪61的軸向位置進行限制，并設置有使止推軸承65在軸向上移動的液壓或氣壓動作機構，可通過止推軸承的軸向移動而在起動時和正常運行時改變葉輪的軸向位置，對開放型葉輪的葉片前端與外殼的護罩部之間的間隙進行調節。

專利文獻2的“渦輪式膨脹機的止推軸承”的目的是，提供一種不需要止推板的渦輪式膨脹機的止推軸承。

如圖3所示，該發明是在產生極低溫度等用途中所使用的渦輪式膨脹機中，在與渦輪機葉輪71和壓縮機葉輪74之一方或雙方的正面或背面相向的位置上，設置了與所述面之間隔開微小間隙設置的具有螺旋狀槽的軸承體72、73。

專利文獻1：日本特開平01-267397號公報，“離心壓縮機”

專利文獻2：日本特開平04-312210號公報，“渦輪式膨脹機的止推軸承”

在齒輪驅動渦輪壓縮機中，葉輪所產生的高壓氣體會在小齒輪軸上產生軸向力。葉輪以每分鐘約1萬轉～每分鐘數萬轉的高速旋轉，因此，若在小齒輪軸上直接設置止推軸承，則滑動損耗會增大。

因此，如前所述，在現有的齒輪驅動渦輪壓縮機中，是使小齒輪軸的氣體軸向力通過止推環傳遞到大齒輪軸上而以設置在大齒輪軸上的止推軸承進行承受。

此外，在這種齒輪驅動渦輪壓縮機中，如圖1B所示，設置了對大齒輪軸的軸向移動進行測量的非接觸距離傳感器59，對大齒輪軸的軸向移動始終進行監視，發生過大的軸向移動時令壓縮機停止運行。

即，如圖1C所示，葉輪51與外殼60之間的軸向間隙不超過數mm(例如2～3mm)，而當止推軸承58磨損等原因導致大齒輪軸的軸向移動過大時，令壓縮機停止運行以避免葉輪51與外殼60二者直接接觸。所謂過大接觸，是指葉輪51與外殼60直接接觸，而在葉輪51與外殼60之間襯墊允許接觸的材質的場合，是指葉輪51與外殼60超過該襯墊的厚度而發生接觸。

但是，葉輪51的轉速高達每分鐘數萬轉，大齒輪軸的慣性矩也很大，因而即使已令壓縮機停止，但要完全停下來還需要數秒～數分鐘的時間。因此，在壓縮機來不及停止時，會發生葉輪與外殼的過大接觸，存在著葉輪和外殼受損、過熱等可能性。

發明內容

本發明是為解決上述問題而創造出來的。即，本發明的目的是，提供這樣一種齒輪驅動渦輪壓縮機，即，即使遇到大齒輪軸發生過大的軸向移動或者止推環發生故障(脫落等)的情況，也能夠基本上避免葉輪與外殼發生過大接觸。