專利名稱：齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可避免葉輪與外殼發(fā)生過大接觸的齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)。
背景技術(shù)：
齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)，是指對電動機(jī)、發(fā)動機(jī)、渦輪機(jī)等的旋轉(zhuǎn) 以齒輪增速機(jī)進(jìn)行增速來驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的裝置。圖1A 圖1C是展示現(xiàn)有的齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)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(qū)動渦輪壓縮才幾50是4級壓縮4幾，以4個(gè)壓縮^L 葉輪51依次對對象氣體進(jìn)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(jī)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(qū)動裝置(電 動機(jī)、發(fā)動機(jī)、渦輪機(jī)等)驅(qū)動大齒輪52旋轉(zhuǎn)，通過該旋轉(zhuǎn)使小齒輪 53增速，使得安裝在其兩端的葉輪51高速旋轉(zhuǎn)。由大齒輪52和小齒 輪53構(gòu)成的齒輪增速機(jī)的增速比通常達(dá)到IO倍左右，各葉輪以每分 鐘約1萬轉(zhuǎn)~每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)。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(fēng)板55,使得不會由于各齒輪的高速旋轉(zhuǎn)在齒輪箱54內(nèi)產(chǎn)生的高 速氣流而導(dǎo)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(tài)固定的止 推環(huán)，58是對大齒輪軸的軸向力進(jìn)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(chǎn)生的軸向力，通過止推環(huán)57 以及在它們之間以可滑動的狀態(tài)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(fù)荷大，因而一般使用滑動軸承。與本發(fā)明的齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)相關(guān)聯(lián)的技術(shù)例如在專利文獻(xiàn)1 、 2中已7>開。專利文獻(xiàn)1的"離心壓縮機(jī)，，的目的是，在從壓縮機(jī)起動至達(dá)到正常運(yùn)行狀態(tài)期間，特意使開放型葉輪的葉片前端與護(hù)罩部之間的間 隙增大，以避免因經(jīng)過一次危險(xiǎn)轉(zhuǎn)速時(shí)的共振而發(fā)生接觸，在達(dá)到正 常運(yùn)行狀態(tài)那 一刻將間隙減小。如圖2所示，該離心壓縮才幾是這樣一種壓縮才幾，即，由齒輪軸63 的止推軸承65通過小齒輪軸62的止推環(huán)68和齒輪軸的齒輪軸向力承 受面對葉輪61的軸向位置進(jìn)行限制，并設(shè)置有使止推軸承65在軸向 上移動的液壓或氣壓動作機(jī)構(gòu)，可通過止推軸承的軸向移動而在起動 時(shí)和正常運(yùn)行時(shí)改變?nèi)~輪的軸向位置，對開放型葉輪的葉片前端與外 殼的護(hù)罩部之間的間隙進(jìn)行調(diào)節(jié)。專利文獻(xiàn)2的"渦輪式膨脹機(jī)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(jī)的止推軸承。如圖3所示，該發(fā)明是在產(chǎn)生極低溫度等用途中所使用的渦輪式 膨脹機(jī)中，在與渦輪機(jī)葉輪71和壓縮機(jī)葉輪74之一方或雙方的正面 或背面相向的位置上，設(shè)置了與所述面之間隔開微小間隙設(shè)置的具有 螺旋狀槽的軸承體72、 73。專利文獻(xiàn)l:日本特開平01 -267397號公報(bào)，"離心壓縮機(jī)"專利文獻(xiàn)2:日本特開平04- 312210號公報(bào)，"渦輪式膨脹機(jī)的 止推軸承"在齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)中，葉輪所產(chǎn)生的高壓氣體會在小齒輪軸 上產(chǎn)生軸向力。葉輪以每分鐘約1萬轉(zhuǎn)-每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)， 因此，若在小齒輪軸上直接設(shè)置止推軸承，則滑動損耗會增大。因此，如前所述，在現(xiàn)有的齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)中，是使小齒輪 軸的氣體軸向力通過止推環(huán)傳遞到大齒輪軸上而以設(shè)置在大齒輪軸上 的止推軸承進(jìn)行承受。此外，在這種齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)中，如圖1B所示，設(shè)置了對大 齒輪軸的軸向移動進(jìn)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(jìn)行監(jiān)^見，發(fā)生過大的軸向移動時(shí)令壓縮4幾停止運(yùn)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(shù) mm(例如2 3mm),而當(dāng)止推軸承58磨損等原因?qū)е麓簖X輪軸的軸 向移動過大時(shí)，令壓縮機(jī)停止運(yùn)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(zhì)的場合，是指葉輪51與外殼60超過該襯墊的厚度而發(fā)生接觸。但是，葉輪51的轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)，大齒輪軸的慣性矩也很 大，因而即使已令壓縮機(jī)停止，但要完全停下來還需要數(shù)秒 數(shù)分鐘 的時(shí)間。因此，在壓縮機(jī)來不及停止時(shí)，會發(fā)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(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為解決上述問題而創(chuàng)造出來的。即，本發(fā)明的目的是， 提供這樣一種齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)，即，即使遇到大齒輪軸發(fā)生過大 的軸向移動或者止推環(huán)發(fā)生故障(脫落等)的情況，也能夠基本上避 免葉輪與外殼發(fā)生過大接觸。根據(jù)本發(fā)明，提供一種齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)，其具備 在外部驅(qū)動裝置的驅(qū)動下以大齒輪軸的軸心為中心旋轉(zhuǎn)的大齒輪、與該大齒輪嚙合并以小齒輪軸的軸心為中心高速旋轉(zhuǎn)的小齒輪、 固定在所述小齒輪軸上并以該小齒輪軸的軸心為中心高速旋轉(zhuǎn)的 葉輪、固定在所述小齒輪軸上并對所述大齒輪的側(cè)面以可滑動的方式進(jìn) 行支承而將小齒輪軸的軸向力傳遞到大齒輪上的止推環(huán)、以及對作用在所述大齒輪軸上的軸向力進(jìn)行承受的止推軸承； 其特征是，具有軸向移動量限制器，該軸向移動量限制器在得到所述止推軸 承支承的小齒輪軸超出既定的閾值進(jìn)行軸向移動時(shí)對該小齒輪軸的移 動量進(jìn)行限制。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述軸向移動量限制器安裝在容納 有所述大齒輪和小齒輪的齒輪箱內(nèi)側(cè)，并具有位于從所述止推環(huán)的外 表面隔開所述既定閾值的位置上的滑動面。另外，所述軸向移動量限制器是中空環(huán)形部件，安裝在用來容納 對所述小齒輪軸的徑向力進(jìn)行承受的徑向軸承的圓形通孔中，并能上 下分割，在該軸向移動量限制器的下方具有供從徑向軸承中排出的潤 滑油通過的通孔。根據(jù)上述本發(fā)明的構(gòu)成，具有軸向移動量限制器，該軸向移動量限制器在得到所述止推軸承支承的小齒輪軸超出既定閾值進(jìn)行軸向移 動時(shí)對其移動量進(jìn)行限制，因此，正常運(yùn)行時(shí)，大齒輪軸的止推軸承 使小齒輪軸的軸向移動量在既定閾值以下，軸向移動量限制器不起作 用，而只在發(fā)生超出既定閾值的過大的軸向移動時(shí)起作用，對其移動 量進(jìn)行限制。因此，通過按照能夠基本上避免葉輪與外殼發(fā)生過大接觸的要求 設(shè)定既定閾值，能夠在大齒輪軸發(fā)生過大軸向移動時(shí)基本上避免葉輪 與外殼發(fā)生過大接觸。軸向移動量限制器安裝在容納有大齒輪與小齒輪的齒輪箱內(nèi)側(cè)， 且具有位于與止推環(huán)的外表面隔著既定閾值的位置上的滑動面，因此， 正常運(yùn)行時(shí)，大齒輪軸的止推軸承使止推環(huán)的外表面與軸向移動量限 制器的滑動面之間總是存在間隙，因而軸向移動量限制器不起作用， 而發(fā)生超出既定閾值的過大軸向移動時(shí)，軸向移動量限制器的滑動面 與止推環(huán)的外表面接觸從而限制更大軸向移動的發(fā)生。此外，軸向移動量限制器是固定在用來容納對小齒輪軸的徑向力 進(jìn)行承受的徑向軸承的圓形通孔中的、可上下分割的中空環(huán)形部件， 因此，在齒輪箱上下分割的狀態(tài)下，能夠?qū)⑤S向移動量限制器很容易 地從齒輪箱上拆下并裝上，要想對軸向移動量限制器的安裝面的軸向 位置進(jìn)行微調(diào)，可以對軸向移動量限制器進(jìn)行調(diào)整性加工。再者，在軸向移動量限制器的下方，具有供從徑向軸承中排出的 潤滑油通過的通孔。軸向移動量限制器能夠防止從徑向軸承中排出的 油飛'減到齒輪箱內(nèi)部，通過軸向移動量限制器的通孔能夠?qū)⑴懦龅挠?恰當(dāng)?shù)叵螨X輪箱下方排出。因此，能夠減少飛濺的排出油附著到高速 旋轉(zhuǎn)的部件(齒輪等)上的可能性，可防止發(fā)生油的攪拌損失。


圖1A是現(xiàn)有的齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)的主視圖。 圖1B是圖1A的B-B向剖^見圖。 圖1C是圖1B的C部放大圖。 圖2是專利文獻(xiàn)1的"離心壓縮機(jī)"的示意圖。 圖3是專利文獻(xiàn)2的"渦輪式膨脹機(jī)的止推軸承"的示意圖。 圖4是本發(fā)明所提供的齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)的局部剖視圖。圖5A是對本發(fā)明的軸向移動量限制器30的具體例進(jìn)行展示的橫 剖視圖。圖5B是圖5A的B-B向剖視圖。
具體實(shí)施方式
下面，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式結(jié)合附圖進(jìn)行說明。在各圖中， 凡相同的部分賦予相同的附圖標(biāo)記而將重復(fù)性說明省略。圖4是與圖1B相對應(yīng)的本發(fā)明所提供的齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)的局 部剖枧圖。該圖中，本發(fā)明的齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)10具有大齒輪12、 小齒輪14、葉庫侖16、止推環(huán)18以及止推軸承20。在該圖中，本發(fā)明的齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)10是4級壓縮機(jī)，但本 發(fā)明并不受此限定，既可以是單級壓縮才幾，也可以是2、 3級或5級以 上的壓縮才幾。大齒輪12在未圖示的外部驅(qū)動裝置(電動機(jī)或發(fā)動機(jī)或渦輪機(jī)) 的驅(qū)動下以大齒輪軸11的軸心為中心旋轉(zhuǎn)。大齒輪12優(yōu)選是齒數(shù)比 小齒輪14多IO倍左右的直齒輪、斜齒輪或人字齒輪，以便對小齒輪 14增速，但本發(fā)明并不受此限定，只要具有增速功能，也可以是其它 齒輪。小齒輪14與大齒輪12嚙合并以小齒輪軸13的軸心為中心高速旋 轉(zhuǎn)。在該圖的左側(cè)只示出一個(gè)小齒輪14，但對于4級壓縮機(jī)，以在圖 的右側(cè)設(shè)置其它小齒輪為宜。葉輪16固定在小齒輪軸13上并以其軸心為中心高速旋轉(zhuǎn)。在本 例中，葉輪16設(shè)在小齒輪軸13的兩端，但也可以只在一端設(shè)置。此 外，該圖中省略了將葉輪圍起來的外殼(壓縮機(jī)外殼)和氣體流路。止推環(huán)18固定在小齒輪軸13的周圍，對大齒輪12的側(cè)面以可滑 動的方式進(jìn)行支承，將小齒輪軸13的軸向力傳遞到大齒輪12上。在 本例中，止推環(huán)18在軸向上對大齒輪12的齒部進(jìn)行夾持，但在葉輪 16只設(shè)置在小齒輪軸13的一端的場合，也可以設(shè)置一個(gè)止推環(huán)18來 承受其軸向力。至于止推環(huán)18與大齒輪12的齒部之間的間隙，只要能夠借助于 潤滑油以低阻力滑動，則將其設(shè)定為足夠小的間隙(例如0.1 ~ 0.2mm )。 止推軸承20對作用在大齒輪軸11上的軸向力進(jìn)行承受。在本例中，止推軸承20還能夠?qū)ψ饔迷诖簖X輪軸11上的徑向力進(jìn)行承受， 但本發(fā)明并不受此限定。圖4中，22是對小齒輪軸16的徑向力進(jìn)行承受的徑向軸承。該徑 向軸承22優(yōu)選是滑動軸承，通過未圖示的流通路徑對其供給潤滑油。此外，23是氣體密封件，使被葉輪16加壓的氣體難以流到外殼的 外部。氣體密封件23可以采用迷宮式密封件、干氣密封件、油膜密封 件、機(jī)械密封件等。圖4中，本發(fā)明的齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)10還具有軸向移動量限制 器30。軸向移動量限制器30能夠在得到止推軸承20的支承的小齒輪 軸13超出既定閾值a進(jìn)行軸向移動時(shí)對其移動量進(jìn)行限制。在止推軸 承20過度磨損或止推環(huán)發(fā)生故障(脫落等)時(shí)，會出現(xiàn)這種狀況。該圖中，軸向移動量限制器30安裝在容納有大齒輪12和小齒輪 14的齒輪箱15的內(nèi)側(cè)，具有位于從止推環(huán)18的外表面(本例中為輔 助止推環(huán)17的外表面)間隔既定閾值a (未圖示)的位置上的滑動面 (后述的31)。輔助止推環(huán)17并非不可缺少，也可以與止推環(huán)18—體形成。 所述既定閾值a優(yōu)選按照能夠基本上避免葉輪16與外殼(未圖示) 發(fā)生過大接觸的要求設(shè)定。本發(fā)明的齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)10還具有對大齒輪軸11 (本例中為 大齒輪12)的軸向移動進(jìn)行測量的非接觸距離傳感器24。非接觸距離 傳感器24是能夠以非接觸方式對大齒輪軸11或大齒輪12的軸向移動 進(jìn)行檢測的磁傳感器、電渦流傳感器、靜電電容傳感器、光學(xué)傳感器 等。該非接觸距離傳感器24的輸出通過未圖示的控制線路輸入到控制 裝置中，以該控制裝置對大齒輪軸11的軸向移動始終進(jìn)行監(jiān)視，發(fā)生 過大的軸向移動時(shí)令壓縮機(jī)停止。根據(jù)本發(fā)明的上述構(gòu)成，具有在由大齒輪軸11的止推軸承20支 承的小齒輪軸13超出既定閾值a進(jìn)行軸向移動時(shí)對其軸向移動量進(jìn)行 限制的軸向移動量限制器30，因此，正常運(yùn)行時(shí)，大齒輪軸ll的止推 軸承20使小齒輪軸13的軸向移動在既定閾值a以下，軸向移動量限 制器30不起作用，只在發(fā)生了超出既定閾值a的過大軸向移動時(shí)起作 用而對其軸向移動進(jìn)行限制。因此，在大齒輪軸ll發(fā)生過大的軸向移動時(shí)，能夠基本上避免葉輪16與外殼發(fā)生過大接觸。圖5A、圖5B是對本發(fā)明的軸向移動量限制器30的具體例進(jìn)行展 示的附圖，圖5A是橫剖視圖，圖5B是其B-B向剖視圖。如該圖所示，軸向移動量限制器30是上下可分為兩部分的中空環(huán) 形部件，安裝在用來容納對小齒輪軸13的徑向力進(jìn)行承受的徑向軸承 22的圓形通孔中。此外，軸向移動量限制器30在其下方具有供從徑向軸承22中排 出的潤滑油通過的通孔32。軸向移動量限制器30的滑動面31上鑄入了白合金，以減小滑動 時(shí)的阻力。只要是配合性良好的滑動軸承等所使用的軸承材料或涂覆 材料，滑動面31也可以采用其它材料。此外，就滑動面31而言，既 可以是對軸向移動量限制器30的母材進(jìn)行了表面硬化處理的，也可以 就是母材而不進(jìn)行處理。軸向移動量限制器30設(shè)置在能夠?qū)X輪箱的小齒輪軸13(更直接 的是輔助止推環(huán)17)進(jìn)行支承的位置上。此外，為了在需要對軸向移動量限制器30的滑動面31的軸向位 置進(jìn)行微調(diào)時(shí)便于對軸向移動量限制器30進(jìn)行調(diào)整性加工，做成了能 夠很容易地從齒輪箱15上拆下并裝上的結(jié)構(gòu)。即，軸向移動量限制器 30的安裝結(jié)構(gòu)，是將軸向移動量限制器30嵌入齒輪箱的槽中。在這種 場合，以將軸向移動量限制器30的上半部分嵌入上側(cè)齒輪箱的槽中， 將狹縫部33固定在上側(cè)齒輪箱上為宜。此外，軸向移動量限制器30還兼起著防止從軸承中排出的油飛濺 到齒輪箱內(nèi)部的作用。軸向移動量限制器30的安裝，也可以不嵌入槽中而用螺栓緊固。 此外，也可以將軸向移動量限制器30設(shè)置在大齒輪軸11上。根據(jù)上述構(gòu)成，正常運(yùn)行時(shí)，軸向移動量限制器30與止推環(huán)18 (或輔助止推環(huán)17 )之間的軸向間隙可得到保證，但若小齒輪軸13發(fā) 生軸向移動，則該間隙減小。因此，當(dāng)軸向移動量達(dá)到過大值時(shí)，間 隙將變成零，軸向移動量限制器30的滑動面31與止推環(huán)18 (或輔助 止推環(huán)17)的外表面接觸而能夠限制更大軸向移動的發(fā)生。當(dāng)然，本發(fā)明并不受上述實(shí)施方式的限定，在不超出本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變更。
權(quán)利要求
1.一種齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)，具備在外部驅(qū)動裝置的驅(qū)動下以大齒輪軸的軸心為中心旋轉(zhuǎn)的大齒輪、與該大齒輪嚙合并以小齒輪軸的軸心為中心高速旋轉(zhuǎn)的小齒輪、固定在所述小齒輪軸上并以該小齒輪軸的軸心為中心高速旋轉(zhuǎn)的葉輪、固定在所述小齒輪軸上并對所述大齒輪的側(cè)面以可滑動的方式進(jìn)行支承而將小齒輪軸的軸向力傳遞到大齒輪上的止推環(huán)、以及對作用在所述大齒輪軸上的軸向力進(jìn)行承受的止推軸承；其特征是，具有軸向移動量限制器，該軸向移動量限制器在得到所述止推軸承支承的小齒輪軸超出既定的閾值進(jìn)行軸向移動時(shí)對該小齒輪軸的移動量進(jìn)行限制。
2. 如權(quán)利要求1所述的齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)，其特征是，所述軸 向移動量限制器安裝在容納有所述大齒輪和小齒輪的齒輪箱內(nèi)側(cè)，并 具有位于從所述止推環(huán)的外表面隔開所述既定閾值的位置上的滑動 面。
3. 如權(quán)利要求1所述的齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)，其特征是，所述軸 向移動量限制器是中空環(huán)形部件，安裝在用來容納對所述小齒輪軸的 徑向力進(jìn)行承受的徑向軸承的圓形通孔中，并能上下分割，在該軸向 移動量限制器的下方具有供從徑向軸承中排出的潤滑油通過的通孔。
全文摘要
本發(fā)明的齒輪驅(qū)動渦輪壓縮機(jī)具備在外部驅(qū)動裝置的驅(qū)動下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的大齒輪(12)、與大齒輪嚙合而高速旋轉(zhuǎn)的小齒輪(14)、固定在小齒輪軸(13)上并以其軸心為中心高速旋轉(zhuǎn)的葉輪(16)、固定在小齒輪軸上并對大齒輪的側(cè)面可滑動地進(jìn)行支承而將小齒輪軸的軸向力傳遞給大齒輪的止推環(huán)(18)、對作用在大齒輪軸上的軸向力進(jìn)行承受的止推軸承(20)、以及在得到止推軸承(20)支承的小齒輪軸(13)超出既定閾值進(jìn)行軸向移動時(shí)對其軸向移動進(jìn)行限制的軸向移動量限制器(30)。
文檔編號F04D29/00GK101265917SQ20081008616
公開日2008年9月17日 申請日期2008年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月16日
發(fā)明者前田智久, 小野海士, 河田真廣, 若林拓也 申請人:株式會社Ihi