JP2010523898A - 可変入口案内翼を有する遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

圧縮機の入口案内翼を調節する装置であり、周縁に等間隔に設けられた複数の溝孔を有するリングと、第一端及び第二端を持つボディを有するピンとピンのボディの第二端から垂直に延びるレバーアームとをそれぞれが有する複数のレバーアームアッセンブリと、シャフトによって複数のレバーアームのうちの一つのレバーアームの端部とそれぞれ連結された複数の翼と、ラックアンドピニオン駆動機構とを含む。複数のレバーアームアッセンブリのそれぞれの、ピンは、ピンの第一端が溝孔の中に向かって延びるよう、複数の溝孔の中にそれぞれ配置され構成される。ラックアンドピニオン駆動機構は、複数の翼のうちの一つの翼のシャフトと連結され当該連結よって駆動翼を形成するピニオンと、ピニオンに操作上連結される被駆動ラックとを含む。駆動翼は、ラックアンドピニオン駆動機構を介してリングを回転するよう構成され、当該回転により複数の翼の角度位置を調節する。

Description

本特許出願は、２００７年４月１０日に出願した“可変入口案内翼を有する遠心圧縮機”と題する米国特許仮出願No.６０/９２２,７１３の利益を主張し、その全てを、引用によって本出願に組み入れる。

本発明は圧縮機の分野に関し、具体的には圧縮機への入口案内翼の調節を行う装置に関する。

遠心圧縮機は、液化天然ガス産業においてよく用いられる。液化プロセスの性質上、この用途では広範な性能特性を必要とする。必要とされる様々な性能を全て発揮するため、入口段付近で翼角度を変えられる圧縮機を用いるのが当産業においては一般的となっている。様々なプロセス毎に入口翼の角度を変更する能力によって、ユーザーはより広い性能特性に到達することができる。

アーノルド（Arnold）が取得した米国特許第６，６７９，０５７号（特許第０５７号）は、ユニゾンリングに連結された複数の翼を含むターボチャージャ案内翼の配置について開示している。ユニゾンリングがアクチュエータクランクの回転によって回転し、それによって作動レバーアームがアクチュエータクランクの長手方向軸の周りを移動し、それによってユニゾンリングが作動ピンを介して順に回転する。特許第０５７号の作動機構は、アーノルド等が取得した米国特許第６，２６９，６４２号にさらに詳しく示されている。

先行技術は、いかにしてユニゾンリングの外周に係合する歯車装置を用いてユニゾンリングを回転させることが可能か、またはいかにしてユニゾンリングに係合したクランクアームを用いてリングを回転させることが可能か、ということを示している。米国特許第６，２６９，６４２号および第６，６７９，０５７号が開示しているのは、ラックアンドピニオンの配置によってクランクアームを作動させ、このクランクアームを用いてユニゾンリングを回転させる技術である。

しかしながら、先行技術のクランクアームは、案内翼のいずれか、特に、ラックアンドピニオンギアに駆動されるマスター翼の系統、に連結されていない。よって翼を動かす機構には改善の余地がある。

本発明は、圧縮機の入口案内翼を調節する装置に関する。前記装置は；周縁に沿って等間隔に設けられた複数の溝孔を有するリングと；第一端および第二端を持つボディを有するピンと前記ピンの前記ボディの前記第二端から垂直に延びるレバーアームとをそれぞれ備える複数のレバーアームアッセンブリと；複数の前記レバーアームのうちの一つのレバーアオムの端部とシャフトによってそれぞれ連結された複数の翼と；およびラックアンドピニオン駆動機構とを含む。前記複数のレバーアームアッセンブリのそれぞれの、前記ピンは、前記ピンの第一端が前記溝孔の中に向かって延びるように、前記複数の溝孔の中にそれぞれ配置される。前記ラックアンドピニオン駆動機構は、前記複数の翼のうちの一つの翼の前記シャフトと連結され、当該連結によって駆動翼を形成するピニオンと、前記ピニオンに操作上連結される被駆動ラックとを含む。前記駆動翼は、前記ラックアンドピニオン駆動機構を介して前記リングを回転するように構成され、前記回転により前記複数の翼の角度位置を調節する。

前記被駆動ラックは、前記圧縮機の外部に配置される油圧シリンダによって動力を供給される駆動シャフトに連結されてもよい。前記装置は、端壁カバープレートによって前記圧縮機の流路から隔離されるように配置されてもよい。前記リングは、端壁と前記端壁カバープレートによって前記圧縮機内で軸方向に拘束されてもよい。前記駆動翼が前記ラックアンドピニオン駆動機構を介して前記リングを回転させ、当該回転により前記複数の翼の角度位置を調節する場合、前記複数の翼はそれぞれ同じ角度だけ回転される。

さらに本発明によって示される圧縮機は、ケーシングと、前記ケーシング内に配置されるシャフトおよびインペラを有するロータと、および前記ケーシング内に配置され前記ロータを取り囲む翼調節機構とを含む。前記翼調節機構は、周縁に沿って等間隔に設けられた複数の溝孔を有するリングと、第一端および第二端を持つボディを含むピンと前記ピンの前記ボディの前記第二端から垂直に延びるレバーアームとをそれぞれ有する複数のレバーアームアッセンブリと、シャフトによって複数の前記レバーアームのうちの一つのレバーアームの端部とそれぞれ連結された複数の翼と、ラックアンドピニオン駆動機構とを含む。前記複数のレバーアームアッセンブリのそれぞれの、前記ピンは、前記ピンの前記第一端が前記溝孔の中に向かって延びるように、前記複数の溝孔のそれぞれの中に配置される。前記ラックアンドピニオン駆動機構は、前記複数の翼のうちの一つの翼の前記シャフトと連結され当該連結によって駆動翼を形成するピニオンと、前記ピニオンに操作上連結される被駆動ラックとを含む。前記駆動翼は、前記ラックアンドピニオン駆動機構を介して前記リングを回転するように構成され、前記回転により前記複数の翼の角度位置を調節する。

前記被駆動ラックは、前記圧縮機の外部に配置される油圧シリンダによって動力を供給される駆動シャフトに連結されてもよい。前記案内翼調節装置は、端壁カバープレートによって前記圧縮機の流路から隔離されるように配置されてもよい。前記リングは、端壁と前記端壁カバープレートによって前記圧縮機の中で軸方向に拘束されてもよい。前記駆動翼が前記ラックアンドピニオン駆動機構を介して前記リングを回転させ、当該回転により前記複数の翼の角度位置を調節する場合、前記複数の翼はそれぞれ同じ角度だけ回転される。

本発明はさらに、圧縮機に用いられる翼調節機構に関する。前記翼調節機構は、リングと、前記リングの周縁に沿って枢動的に取り付けられた複数の翼を含む。前記複数の翼のうちの一つ翼は、ラックアンドピニオン駆動機構を介して前記リングを回転するように構成された駆動翼であって、前記回転により前記複数の翼の角度位置を調節する駆動翼である。

前記リングは、その周縁に沿って等間隔に設けられた複数の溝孔を含んでもよい。前記翼調節機構は、第一端および第二端を持つボディを有するピンと前記ピンの前記ボディの前記第二端から垂直に延びるレバーアームとをそれぞれ含む複数のレバーアームアッセンブリをさらに含んでもよい。前記複数のレバーアームアッセンブリのそれぞれの、前記ピンは、前記ピンの第一端が前記溝孔の中に向かって延びるように、前記複数の溝孔のそれぞれの中に配置されてもよい。前記複数の翼は、シャフトによって前記複数のレバーアームのうち一つのレバーアームの端部とそれぞれ連結されてもよい。

前記ラックアンドピニオン駆動機構は、前記複数の翼のうちの一つ翼の前記シャフトと連結され、当該連結によって駆動翼を形成するピニオンと、前記ピニオンに操作上連結される被駆動ラックとを含んでもよい。前記被駆動ラックは駆動シャフトに連結されてもよく、また、前記被駆動ラックを駆動するために駆動シャフトに動力を供給する油圧シリンダを設けてもよい。

本発明のこれらのおよび他の特徴および特性、動作方法、構造の関連要素の機能、部品の組み合わせ、製造の経済性は、以下の記述および付属の請求項を、類似の符号は各種の図面中の対応する部品を表すものである、本明細書の部分を構成する添付の図面を参照して考慮することにより一層明確になるであろう。明細書と請求項で記述されている、単語の表示（英文の場合、ａ、an、theを付けた単数形態）は、他に明確に内容が記述されていない限り、複数を指称することを含むものとする。

図１は、本発明による圧縮機内に位置する複数の入口案内翼の角度位置調節装置の破断斜視図である。 図２は、本発明による圧縮機の複数の入口案内翼の角度位置調節装置の斜視図である。 図３は、図２に示した角度位置調節装置の正面図である。 図４は、図３に示した角度位置調節装置を４−４線で切り取った断面図である。 図５は、角度位置調節装置の回転リングの斜視図である。 図６は、翼を角度位置調節装置のレバーアームとともに示した斜視図である。 図７は、対応するレバーアームを介してリング内に固定された複数の翼の斜視図である。 図８は、リングを角度位置調節装置のラックアンドピニオン機構とともに示した部分的な前部平面図である。 図９は、リングを角度位置調節装置の前記ラックアンドピニオン機構とともに示した部分的な後部平面図である。 図１０は、ラックを示す角度位置調節装置の正面斜視図である。 図１１は、ラックアンドピニオン機構を示す角度位置調節装置の背面斜視図である。 図１２は、端壁に対しリングを中央揃えした角度位置調節装置の斜視図である。

これ以降の説明のために、「上方」、「下方」、「右側」、「左側」、「垂直方向」、「水平方向」、「頂部」、「底部」、「横方向」、「長手方向」の各用語およびその派生物は、図面で方向付けされたようにして本発明に関連する。しかし、明示して反対であると規定される場合を除き、本発明は、様々な代替的バリエーションを想定してもよいことは言うまでもない。更に、添付図面において示され、以下の明細書において説明される特定の装置は、単なる本発明の例示的な実施の形態であることも言うまでもない。それ故、本文において開示される実施の形態に関連する特定の寸法および他の物理的特性は、限定的には考慮されないものとする。

図１に示すように、その全体を符号１で示す遠心圧縮機はロータを内部に配置するケーシング３を含む。ロータはインペラ５とシャフト７を含む。その全体を符号９で示す、複数の入口案内翼１１の角度位置を調節するための装置、すなわち翼調節機構は、ケーシング３の中に配置されロータのシャフト７を取り囲んでいる。圧縮機１は、さらに端壁（endwall）１７に連結された軸受箱２９を含む。

以下に詳しく説明するが、翼調節機構９は、複数の入口案内翼１１をその周縁に沿って配置する回転リング１３を含む。翼調節機構９は、端壁カバープレート１５によって圧縮機１の流路から隔離されるように、圧縮機１のケーシング３内に配置される。翼調節機構９を流路の外に保つことにより、空気力学的効率と入口段の性能を維持することができる。さらに回転リング１３は、端壁１７および端壁カバープレート１５によって圧縮機１の中で軸方向に拘束される。翼１１の同じ角度での回転を確実にするために、回転リング１３は圧縮機１の中心線と心合わせがなされるべきである。例えば図１２に示すように、端壁１７の表面上の回転リング１３を心出しすることによりこれを達する。以下に詳しく説明するが、翼調節機構９はラックアンドピニオン駆動機構２１をさらに含む。ラックアンドピニオン駆動機構２１は、圧縮機１の外部にあるハウジング２７内に配置された油圧シリンダ２５によって動力を与えられる駆動シャフト２３に連結される。

図１への参照を継続しつつ図２〜６を参照して示すように、翼調節機構９は回転リング１３の周縁に配置された複数の可変入口案内翼１１を含む。図示された翼調節機構９は１６個の可変入口案内翼１１を含むが、実際には適数の翼を使用すればよく、これは本発明を制限するものではない。一般的に、可変入口案内翼１１の空気力学的設計を効果的にするために、圧縮機１の入口部内の各翼１１は同じ角度で回転されるのがよい。図５に示すように、翼調節機構９は、各翼１１を回転リング１３の伸長孔３１内にレバーアームアッセンブリ３３を介して収容可能とする回転リング１３を用いることで前述の設計基準を達成する。

図６に特に示すが、各レバーアームアッセンブリ３３は、第一端３９と第二端４１の形成されたボディ３７を有するピン３５と、ピン３５のボディ３７の第二端４１から垂直に延びるレバーアーム４３とを含む。翼１１は、シャフト４５によって複数のレバーアーム４３の各一端と各々連結されている。各レバーアームアッセンブリ３３のピン３５のボディ３７は、ピン３５の第一端３９が伸長孔３１の内部に向かって延びるように、回転リング１３の伸長孔３１内に配置されている。回転リング１３の回転に伴い、各翼１１は同じ角度だけ回転する。

図１〜６への参照を継続しつつ図７〜１２を参照して示すように、翼調節機構９は、複数の翼１１のうち一つを駆動するように構成されたラックアンドピニオン駆動機構２１を含み、このことにより駆動翼４７を形成する。ラックアンドピニオン駆動機構２１は、駆動翼４７の伸長軸５５（図４参照）に連結されるピニオン５３と被駆動ラック５７とを含む。被駆動ラック５７は、ピニオン５３上の複数の歯６１と係合する複数の歯５９を含み、このことにより被駆動ラック５７とピニオン５３を操作上連結する。被駆動ラック５７の端部は、油圧シリンダ２５によって動力を与えられる駆動シャフト２３に連結する。油圧シリンダ２５は圧縮機１のケーシング３の外部にあるハウジング２７内に配置され、油圧シリンダ２５を圧縮機１よりも高温に保つ。駆動シャフト２３は直線運動を被駆動ラック５７に与え、その直線運動はピニオン５３において回転運動に変換される。駆動シャフト２３は、端壁カバープレート１５に設けられた穴６３を介して被駆動ラック５７に連結される。

操作の際、駆動シャフト２３は直線運動を被駆動ラック５７に与える。この直線運動はピニオン５３において回転運動に変換され、駆動翼４７を回転させることになる。レバーアームアッセンブリ３３のピン３５が回転リング１３の伸長孔３１内に位置することから、駆動翼４７はトルクを回転リング１３に伝達する。図８および９に示すように、トルクは回転リング１３によって残りの翼１１にこのように伝達される。具体的には、駆動翼４７が回転するのに伴いレバーアームアッセンブリ３３のピン３５が回転リング１３の伸長孔３１内で移動し、このことにより、その他の翼１１のレバーアームアッセンブリ３３のピン３５が回転リング１３の各孔内で移動する。これにより各翼１１の角度位置は同時に同じ角度だけ変更される。以上のように、駆動翼４７は、ラックアンドピニオン駆動機構２１を介して回転リング１３を回転させ、複数の翼１１の角度位置を調節するように構成されている。

現在のところ最も実際的であり好ましいと思われる実施の形態に基づき、説明の目的のため発明が詳細に記述されているが、この詳細さはこの目的のためのみであり、発明は開示した実施の形態には限定されないことが理解されるべきである。しかし、これとは反対に、添付した請求項の精神と範囲の枠内で、修正された内容と均等の構成を含むことを意図していることも理解されるべきである。例えば、本願発明は、可能な限り、いかなる実施の形態の一以上の特徴も、他の実施の形態の一以上の特徴と組み合わせることが可能であることを意図していることが理解されるべきである。

Claims (20)

1. 圧縮機の入口案内翼を調節するための装置であって；
   周縁に沿って等間隔に設けられた複数の溝孔を有するリングと；
   第一端および第二端を持つボディを有するピンと前記ピンの前記ボディの前記第二端から垂直に延びるレバーアームとをそれぞれが備える複数のレバーアームアッセンブリと；
   シャフトによって複数の前記レバーアームのうちの一つのレバーアームの端部とそれぞれ連結された複数の翼と；
   ラックアンドピニオン駆動機構とを備え；
   前記複数のレバーアームアッセンブリのそれぞれの、前記ピンは、前記ピンの第一端が前記溝孔の中に向かって延びるように、前記複数の溝孔の中にそれぞれ配置され；
   前記ラックアンドピニオン駆動機構は、
   前記複数の翼のうちの一つの翼の前記シャフトと連結され当該連結よって駆動翼を形成するピニオンと、
   前記ピニオンに操作上連結される被駆動ラックとを備え；
   前記駆動翼は、前記ラックアンドピニオン駆動機構を介して前記リングを回転するように構成され、前記回転により前記複数の翼の角度位置を調節する；
   装置。
2. 前記被駆動ラックは、駆動シャフトに連結される；
   請求項１の装置。
3. 油圧シリンダは、前記被駆動ラックを駆動するために前記駆動シャフトに動力を供給する；
   請求項２の装置。
4. 前記油圧シリンダは、前記圧縮機の外部に設けられる；
   請求項３の装置。
5. 端壁カバープレートによって前記圧縮機の流路から隔離される；
   請求項１の装置。
6. 前記リングは、端壁および前記端壁カバープレートによって前記圧縮機内で軸方向に拘束される；
   請求項５の装置。
7. 前記駆動翼が前記ラックアンドピニオン駆動機構を介して前記リングを回転させ、当該回転により前記複数の翼の角度位置を調節する場合、前記複数の翼はそれぞれ同じ角度だけ回転される；
   請求項１の装置。
8. 圧縮機であって；
   ケーシングと；
   前記ケーシング内に配置されるシャフトおよびインペラを備えるロータと；
   前記ケーシング内に配置され、前記ロータを取り囲む翼調節機構とを備え；
   前記翼調節機構は、
   周縁に沿って等間隔に設けられた複数の溝孔を有するリングと、
   第一端および第二端を持つボディを有するピンと前記ピンの前記ボディの前記第二端から垂直に延びるレバーアームとをそれぞれが備える複数のレバーアームアッセンブリと、
   シャフトによって複数の前記レバーアームのうち一つのレバーアームの端部とそれぞれ連結された複数の翼と、
   ラックアンドピニオン駆動機構とを備え；
   前記複数のレバーアームアッセンブリのそれぞれの、前記ピンは、前記ピンの前記第一端が前記溝孔の中に向かって延びるように前記複数の溝孔のそれぞれの中に配置され；
   前記ラックアンドピニオン駆動機構は、
   前記複数の翼のうちの一つの翼の前記シャフトと連結され当該連結によって駆動翼を形成するピニオンと、
   前記ピニオンに操作上連結される被駆動ラックとを備え；
   前記駆動翼は、前記ラックアンドピニオン駆動機構を介して前記リングを回転するように構成され、前記回転により前記複数の翼の角度位置を調節する；
   圧縮機。
9. 前記被駆動ラックは、駆動シャフトに連結される；
   請求項８の圧縮機。
10. 油圧シリンダは、前記被駆動ラックを駆動するために前記駆動シャフトに動力を供給する；
    請求項９の圧縮機。
11. 前記油圧シリンダは、前記圧縮機の前記ケーシングの外部にあるハウジング内に配置される；
    請求項１０の圧縮機。
12. 前記翼調節機構は、端壁カバープレートによって前記圧縮機の流路から隔離される；
    請求項８の圧縮機。
13. 前記リングは、端壁と端壁カバープレートによって前記圧縮機内で軸方向に拘束される；
    請求項８の圧縮機。
14. 前記駆動翼が前記ラックアンドピニオン駆動機構を介して前記リングを回転させ、当該回転により前記複数の翼の角度位置を調節する場合、前記複数の翼はそれぞれ同じ角度だけ回転される；
    請求項８の圧縮機。
15. 圧縮機に用いられる翼調節機構であって；
    リングと；
    前記リングの周縁に沿って枢動可能に取り付けられた複数の翼とを備え；
    前記複数の翼の一つは、ラックアンドピニオン駆動機構を介して前記リングを回転するよう構成された駆動翼であって、前記回転により前記複数の翼の角度位置を調節する駆動翼である；
    翼調節機構。
16. 前記リングは、前記リングの周縁に沿って等間隔に設けられた複数の溝孔を含む；
    請求項１５の翼調節機構。
17. 第一端および第二端を持つボディを有するピンと前記ピンの前記ボディの前記第二端から垂直に延びるレバーアームとをそれぞれが備える複数のレバーアームアッセンブリをさらに備え；
    前記複数のレバーアームアッセンブリのそれぞれの、前記ピンは、前記ピンの第一端が前記溝孔の中に向かって延びるように前記複数の溝孔のそれぞれの中に配置される；
    請求項１６の翼調節機構。
18. 前記複数の翼は、シャフトによって複数の前記レバーアームのうち一つのレバーアームの端部にそれぞれ連結される；
    請求項１７の翼調節機構。
19. 前記ラックアンドピニオン駆動機構は、
    前記複数の翼のうちの一つの翼の前記シャフトと連結され当該連結によって駆動翼を形成するピニオンと、
    前記ピニオンに操作上連結される被駆動ラックとを備える；
    請求項１５の翼調節機構。
20. 前記被駆動ラックは、駆動シャフトに連結され；
    油圧シリンダは、前記被駆動ラックを駆動するために前記駆動シャフトに動力を供給する；
    請求項１９の翼調節機構。

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