ターボ圧縮機
【課題】高荷重に対応することができるターボ圧縮機の提供。
【解決手段】基準平面Ｂに沿って設けられ、駆動モータによって回転駆動するブルギア軸５２と、ブルギア軸５２の周面に対向するジャーナル面６１ａに、ブルギア軸５２の軸方向に沿って給油溝６１ｂが形成され、且つ、該給油溝６１ｂに沿って分割可能な分割面１００を有する軸受６０と、を有するターボ圧縮機であって、分割面１００は、上記回転駆動しているブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる荷重の方向と異なる位置に配置されているという構成を採用する。
【解決手段】基準平面Ｂに沿って設けられ、駆動モータによって回転駆動するブルギア軸５２と、ブルギア軸５２の周面に対向するジャーナル面６１ａに、ブルギア軸５２の軸方向に沿って給油溝６１ｂが形成され、且つ、該給油溝６１ｂに沿って分割可能な分割面１００を有する軸受６０と、を有するターボ圧縮機であって、分割面１００は、上記回転駆動しているブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる荷重の方向と異なる位置に配置されているという構成を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、ロータを支承する直接潤滑方式のジャーナル軸受を採用した回転構造体が開示されている。この軸受は、基準平面に対して半円状の凹部を有する軸受台に固定支持される２つ割り型の軸受ハウジングを有している。軸受ハウジングの内側には、複数のティルテイングパッドが配置されている。
【０００３】
この２つ割り型の軸受ハウジングは、それぞれ半リング状をなす上側軸受ハウジングと下側軸受ハウジングとに分割可能な水平分割面を有しており、下側軸受ハウジングが軸受台の凹部に嵌合固定される。そして、上側軸受ハウジングが、位置決めピンや結合ボルトによって下側軸受ハウジングに結合される構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１６９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、駆動機によりロータを回転駆動させて所定のガスを圧縮するターボ圧縮機において、ロータの周面に対向するジャーナル面（すべり面）を有する軸受に、上記２つ割り型構造を採用する場合がある。そして、この２つ割り型構造の軸受においては、加工のし易さから、上記水平分割面に沿って軸方向に延在する給油溝を形成することがある。
【０００６】
しかしながら、ロータからジャーナル面に加わる荷重には、ロータの自重に起因する重力方向の荷重だけでなく、はすば歯車のかみ合いによるスラスト方向の荷重や圧縮の際の流体との衝突等に起因する重力方向と異なる方向の荷重が含まれる。このため、ロータからジャーナル面に加わる荷重方向が、上記水平分割面の給油溝付近となることがあり、当該荷重をしっかりと面で受けることができず、この場合には高荷重に対応することができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高荷重に対応することができるターボ圧縮機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、基準平面に沿って設けられ、駆動機によって回転駆動するロータと、上記ロータの周面に対向するジャーナル面に、上記ロータの軸方向に沿って給油溝が形成され、且つ、該給油溝に沿って分割可能な分割面を有する軸受と、を有するターボ圧縮機であって、上記分割面は、上記回転駆動している上記ロータから上記ジャーナル面に加わる荷重の方向と異なる位置に配置されているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ロータ駆動中にジャーナル面に加わる荷重方向に給油溝が配置されないため、従来よりも高荷重まで対応可能となる。
【０００９】
また、本発明においては、上記回転駆動している上記ロータから上記ジャーナル面に加わる水平成分を含む方向の荷重に基づいて上記分割面を上記基準平面に対して傾かせた姿勢で、上記軸受を固定する固定部を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ロータからジャーナル面に加わる水平成分を含む方向の荷重に基づいて、軸受の姿勢を変更して固定することにより、分割面を基準平面から傾かせる。これにより、水平成分を含む荷重方向に給油溝が配置されないようにしつつ、その荷重をしっかりとジャーナル面で受けさせることができるため、従来よりも高荷重まで対応可能となる。
【００１０】
また、本発明においては、上記分割面は、水平面に対して傾いているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、分割面を水平面に対して傾けることで、ロータからジャーナル面に加わる荷重方向が水平方向の場合に、その荷重方向に給油溝が配置されないようにしつつ、その荷重をしっかりとジャーナル面で受けさせることができる。
【００１１】
また、本発明においては、上記ロータは、第２のロータと第３のロータとを回転駆動させるギアを有し、上記軸受は、上記ギアを挟んで上記駆動機側に設けられた第１の軸受と、上記ギアを挟んで上記駆動機と逆側に設けられた第２の軸受と、を有し、上記固定部は、上記第１の軸受を第１の姿勢で固定する第１の固定部と、上記第２の軸受を上記第１の姿勢で固定する第２の固定部と、を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ギアを挟んで駆動機側に設けられた第１の軸受を第１の姿勢で固定し、ギアを挟んで駆動機と逆側に設けられた第２の軸受を第１の軸受と同じ第１の姿勢で固定して、両者の分割面を一致させることで、それぞれの軸受のロータに対する組み付け作業を一括で行うことができる。
【００１２】
また、本発明においては、上記ロータは、第２のロータと第３のロータとを回転駆動させるギアを有し、上記軸受は、上記ギアを挟んで上記駆動機側に設けられた第１の軸受と、上記ギアを挟んで上記駆動機と逆側に設けられた第２の軸受と、を有し、上記固定部は、上記第１の軸受を第１の姿勢で固定する第１の固定部と、上記第２の軸受を上記第１の姿勢と異なる第２の姿勢で固定する第２の固定部と、を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ギアを挟んで駆動機側に設けられた第１の軸受を第１の姿勢で固定し、ギアを挟んで駆動機と逆側に設けられた第２の軸受を第１の軸受と異なる第２の姿勢で固定して、両者の分割面を違わせることで、それぞれの軸受において最適な分割面の傾きとして、より高荷重に対応することができる。
【００１３】
また、本発明においては、上記第２のロータ及び上記第３のロータは、それぞれ上記軸方向において上記ギアと当接可能なスラストカラーを有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、第２のロータ及び第３のロータからの軸方向の荷重によって、ロータからジャーナル面にモーメント荷重が加わる場合の高荷重に対応することができる。
【００１４】
また、本発明においては、上記第２のロータ及び上記第３のロータは、それぞれ上記基準平面に沿って設けられ、且つ、上記ロータを挟んだ位置関係を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、第２のロータ及び第３のロータからの軸方向の荷重によって、ロータからジャーナル面に、略基準平面に沿うモーメント荷重が加わる場合に、分割面を基準平面に対して傾けることで、そのモーメント荷重方向に給油溝が配置されないようにしつつ、そのモーメント荷重をしっかりとジャーナル面で受けさせることができる。
【００１５】
また、本発明においては、上記軸受は、上記ジャーナル面を有するジャーナル軸受部と、上記ジャーナル軸受部と一体で設けられたスラスト軸受部と、を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、軸受がスラスト荷重を積極的に受ける場合の高荷重に対応することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高荷重に対応することができるターボ圧縮機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態におけるターボ圧縮機の主要部を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態における第１の軸受のギアケースに対する固定姿勢を示す正面図である。
【図３】本発明の実施形態における第１の軸受の構成を示す背面図である。
【図４】図３における矢視Ａ図である。
【図５】本発明の実施形態におけるブルギア軸からジャーナル面に加わる水平成分を含む荷重について説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態におけるブルギア軸から第１の軸受のジャーナル面に加わる荷重に関するグラフである。
【図７】本発明の実施形態における第１の軸受における軸受回転角と最小油膜厚さとの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態におけるブルギア軸から第２の軸受のジャーナル面に加わる荷重に関するグラフである。
【図９】本発明の実施形態における第２の軸受における軸受回転角と最小油膜厚さとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るターボ圧縮機の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態におけるターボ圧縮機１の主要部を示す断面図である。
ターボ圧縮機１は、第一段圧縮機１０と、第二段圧縮機２０と、第三段圧縮機３０と、第四段圧縮機４０と、駆動モータ（駆動機）Ｍと、歯車装置５０とを有する。また、ターボ圧縮機１は、ガスＧを、第一段圧縮機１０から、第二段圧縮機２０、第三段圧縮機３０、第四段圧縮機４０の順に導く、不図示のガス流路を備えている。
【００２０】
歯車装置５０は、ブルギア５１を有するブルギア軸（ロータ）５２と、第１のピニオンギア５３を有する低速ピニオン軸（第２のロータ）５４と、第２のピニオンギア５５を有する高速ピニオン軸（第３のロータ）５６と、ギアケース５７と、を有する。ブルギア５１は、第１のピニオンギア５３及び第２のピニオンギア５５とそれぞれ噛合している。ブルギア５１、第１のピニオンギア５３及び第２のピニオンギア５５は、静音性及びトルク伝達性に優れる、はすば歯車から構成されている。
【００２１】
低速ピニオン軸５４は、ブルギア軸５２と平行に配置され、ギアケース５７に設けられた不図示のジャーナル軸受によってギアケース５７に対し回転自在に軸支される。低速ピニオン軸５４の一端部には、第一段圧縮機１０の羽根車１１が設けられ、他端部には、第二段圧縮機２０の羽根車２１が設けられている。また、低速ピニオン軸５４は、ブルギア５１と軸方向両側において当接可能なスラストカラー５８を有する。
【００２２】
一方、高速ピニオン軸５６は、ブルギア軸５２に平行で且つ低速ピニオン軸５４とはブルギア軸５２を挟んで反対側に配置され、ギアケース５７に設けられた不図示のジャーナル軸受によってギアケース５７に対し回転自在に軸支される。高速ピニオン軸５６の一端部には、第三段圧縮機３０の羽根車３１が設けられ、他端部には、第四段圧縮機４０の羽根車４１が設けられている。また、高速ピニオン軸５６は、ブルギア５１と軸方向両側において当接可能なスラストカラー５９を有する。
【００２３】
羽根車１１，２１，３１，４１は、ラジアルインペラであり、軸方向で吸気したガスＧを半径方向に導出する不図示の３次元的ねじれを含むブレードを有する。羽根車１１，２１，３１，４１の周りには、それぞれディフューザ流路が設けられており、半径方向に導出したガスＧを、当該流路において圧縮・昇圧し、また、さらにその周りに設けられたスクロール流路を介して次の段の圧縮機に供給することができる。
【００２４】
ブルギア軸５２は、駆動モータＭの出力軸２と接続されており、駆動モータＭによって回転駆動する構成となっている。ブルギア軸５２は、ギアケース５７に設けられた軸受６０によってギアケース５７に対し回転自在に軸支される。軸受６０は、ブルギア５１を挟んで駆動モータＭ側に設けられた第１の軸受６０Ａと、ブルギア５１を挟んで駆動モータＭ側と逆側に設けられた第２の軸受６０Ｂと、を有する。
【００２５】
上記構成のターボ圧縮機１によれば、駆動モータＭによってブルギア軸５２を回転駆動させると、ブルギア軸５２の回転と同期して、低速ピニオン軸５４及び高速ピニオン軸５６が回転駆動する。これにより、ガスＧが、第一段圧縮機１０の吸気口１２から導入されて第一段圧縮され、その後、ガスＧは、不図示のガス流路を介して、第二段圧縮機２０の吸気口２２、第三段圧縮機３０の吸気口３２、第四段圧縮機４０の吸気口４２、の順に導入されて多段圧縮される。なお、当該多段圧縮されたガスＧは、ターボ圧縮機１に接続された不図示の産業用機械や空気分離装置等に供給されることとなる。
【００２６】
次に、図２〜図４を参照して、軸受６０の構成について詳しく説明する。なお、以下の説明では、第１の軸受６０Ａの構成についてのみ説明し、第１の軸受６０Ａと構成を同じくする第２の軸受６０Ｂの構成については、重複説明を避けるため割愛する。
図２は、本発明の実施形態における第１の軸受６０Ａのギアケース５７に対する固定姿勢を示す正面図である。図３は、本発明の実施形態における第１の軸受６０Ａの構成を示す背面図である。図４は、図３における矢視Ａ図である。
【００２７】
第１の軸受６０Ａは、図２に示すように、ブルギア軸５２が設けられた基準平面Ｂに対して半円状の凹部５７ａを有するギアケース５７に対して所定の姿勢で固定されている。本実施形態の基準平面Ｂは、図２に図示されている下側のギアケース５７と、図２に図示されていない上側のギアケースとの組み合せ面と一致している。また、本実施形態の基準平面Ｂは、水平面と一致している。なお、基準平面Ｂと水平面とは、ほとんどの場合一致するが、ターボ圧縮機１の設置箇所や仕様によっては、基準平面Ｂと水平面とが一致しない場合もある。
【００２８】
第１の軸受６０Ａは、ジャーナル面（すべり面）６１ａを有するジャーナル軸受部６１と、ジャーナル軸受部６１と一体で設けられたスラスト軸受部６２と、を有する。
ジャーナル軸受部６１は、半円状の凹部５７ａに嵌合可能な略円筒形状を有する真円軸受である（図３及び図４参照）。ジャーナル面６１ａは、例えばホワイトメタルから形成されている。このジャーナル面６１ａには、ブルギア軸５２の軸方向に沿って給油溝６１ｂが対となって形成されている（図３参照）。
【００２９】
スラスト軸受部６２は、ジャーナル軸受部６１よりも拡径した略円環板状のテーパランド軸受である。スラスト軸受部６２は、ブルギア軸５２と一体で回転する略円板状のスラストディスク６３（図１参照）と対向配置され、且つ、ギアケース５７に対してジャーナル軸受部６１と共に一体で固定される。
【００３０】
上記構成の第１の軸受６０Ａは、図３に示すように、給油溝６１ｂに沿って分割可能な分割面１００を有する２つ割り型構造となっている。以下、分割面１００で分割されたうちの、一方側をアッパーハーフ７０Ａと称し、他方側をロアーハーフ７０Ｂと称する。アッパーハーフ７０Ａ及びロアーハーフ７０Ｂは、それぞれ略半円環形状を有する。
【００３１】
アッパーハーフ７０Ａは、ロアーハーフ７０Ｂに対して位置決めピン７１で位置決めされ、結合ボルト７２によってロアーハーフ７０Ｂに結合される。なお、位置決めピン７１及び結合ボルト７２は、それぞれジャーナル軸受部６１に設けられる。図４に示すように、ジャーナル軸受部６１には、位置決めピン７１を挿入するピン挿入孔７３、結合ボルト７２を挿入するボルト挿入孔７４が、それぞれ対角の２点において設けられている。
【００３２】
アッパーハーフ７０Ａのジャーナル軸受部６１に対応する位置には、第１の軸受６０Ａをギアケース５７に対して所定の姿勢で固定する軸受固定孔（固定部）７５が形成されている。本実施形態の軸受固定孔７５は、不図示のピンが挿入される穴として形成されている。軸受固定孔７５は、図２に示すように、第１の軸受６０Ａをギアケース５７に固定する際に、基準平面Ｂに対して直角（９０°）に配置される。
【００３３】
軸受固定孔７５には、下側のギアケース５７と、不図示の上側のギアケースとを組み合わせる際に、不図示のピンが上方から挿入される。これにより、第１の軸受６０Ａがギアケース５７に対して回転することが規制されて固定される。軸受固定孔７５は、分割面１００に対して所定角度で設けられており、図２に示すように分割面１００を基準平面Ｂ（水平面）に対して傾かせるよう構成されている。なお、図２に示す所定角度（６０°）とは、基準平面Ｂを０°に設定し、ブルギア軸５２の回転方向（図２において時計回り）を＋として規定したものである。
【００３４】
分割面１００の基準平面Ｂに対する傾きは、回転駆動中にブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる水平成分を含む荷重に基づいて設定されている。
続いて、このブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる水平成分を含む荷重について詳しく説明する。
【００３５】
図５は、本発明の実施形態におけるブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる水平成分を含む荷重について説明するための図である。なお、図５（ａ）は、基準平面Ｂに沿う方向に加わる荷重を模式的に示す図である。また、図５（ｂ）は、基準平面Ｂと直交する面に沿う方向に加わる荷重を模式的に示す図である。
【００３６】
図５（ａ）に示すように、ブルギア軸５２は、駆動モータＭからトルクが伝達され回転駆動する。ブルギア軸５２が回転駆動すると、ブルギア５１を介して、基準平面Ｂに沿って左右に配置された低速ピニオン軸５４及び高速ピニオン軸５６が回転駆動する。低速ピニオン軸５４及び高速ピニオン軸５６は、それぞれ不図示のジャーナル軸受で支えられ、はすば歯車及び圧縮ガスにより発生する軸方向の荷重（スラスト荷重）は、スラストカラー５８，５９によりブルギア５１側に伝達される。ブルギア軸５２の軸受６０は、伝達されたスラスト荷重をスラスト軸受部６２で受けると共に、ブルギア軸５２からの半径方向の荷重（ジャーナル荷重）をジャーナル軸受部６１で受けることとなる。
【００３７】
ジャーナル軸受部６１のジャーナル面６１ａには、図５（ｂ）に示すように、ブルギア軸５２の自重による荷重と、低速ピニオン軸５４及び高速ピニオン軸５６への伝達動力（反力）と、が加わるが、さらに、低速ピニオン軸５４及び高速ピニオン軸５６からのスラスト荷重に起因するモーメント荷重が加わる（図５（ａ）参照）。このモーメント荷重は、はすば歯車及び圧縮ガスにより発生するスラスト荷重のうち、特に圧縮ガスによるガス・スラスト力による影響が大きい。ガス・スラスト力は、低速ピニオン軸５４の両端に設けられた羽根車１１，２１からのものと、高速ピニオン軸５６の両端に設けられた羽根車３１，４１からのものとがある。
【００３８】
ガス・スラスト力が、低速ピニオン軸５４側、高速ピニオン軸５６側が共に均等に発生する場合は、ブルギア軸５２の軸受６０は、そのスラスト軸受部６２の軸受面６２ａに対し垂直に荷重を受けることができる。しかしながら、低速ピニオン軸５４側、高速ピニオン軸５６側で発生するガス・スラスト力に不均衡がある場合（ほとんどの場合そうである）は、抉るようなモーメントとなってブルギア軸５２の軸受６０のジャーナル面６１ａに影響を与える。このとき発生するガス・スラスト力の大きさにより、軸受６０のジャーナル面６１ａに加わる荷重方向が略水平方向となる場合がある。このようにして、ブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに水平成分を含む荷重が加わる。
【００３９】
図６は、本発明の実施形態におけるブルギア軸５２から第１の軸受６０Ａのジャーナル面６１ａに加わる荷重に関するグラフである。図７は、本発明の実施形態における第１の軸受６０Ａにおける軸受回転角と最小油膜厚さとの関係を示すグラフである。図８は、本発明の実施形態におけるブルギア軸５２から第２の軸受６０Ｂのジャーナル面６１ａに加わる荷重に関するグラフである。図９は、本発明の実施形態における第２の軸受６０Ｂにおける軸受回転角と最小油膜厚さとの関係を示すグラフである。なお、図６及び図８は、分割面１００を基準平面Ｂに配置したとき（０°と１８０°に配置したとき）のジャーナル面６１ａの軸方向中央位置の周方向におけるグラフを示す。
【００４０】
図６に示すように、第１の軸受６０Ａのジャーナル面６１ａには、ブルギア軸５２から加わる水平成分を含む荷重による影響で、１８０°に配置された給油溝６１ｂ近傍に潤滑油の油膜圧力の最大値が出現し、油膜厚さの最小値が出現していることが分かる。また、１８０°に配置された給油溝６１ｂ近傍においては、軸受温度上昇の最大値が出現していることが分かる。
このように、第１の軸受６０Ａの分割面１００を基準平面Ｂに配置したときは、ブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる荷重を給油溝６１ｂ近傍で受けてしまい、しっかりと面で受けることができないため、この場合には高荷重に対応することができないことが分かる。
【００４１】
一方、図７に示すように、第１の軸受６０Ａの基準平面Ｂに対する軸受回転角度を３０°毎に変更していくと、ジャーナル面６１ａの周方向における最小油膜厚さは、０°から徐々に上昇し、９０°を最大値として、その後徐々に下降することが分かる。
このように、第１の軸受６０Ａの姿勢を、例えば３０°、６０°、９０°と変更し、分割面１００を基準平面Ｂから傾かせることにより、ブルギア軸５２から加わる水平成分を含む荷重方向に給油溝６１ｂが配置されないようにしつつ、その荷重をしっかりとジャーナル面６１ａで受けさせることができる。したがって、分割面１００を基準平面Ｂに配置したときよりも高荷重まで対応可能とさせることができる。
【００４２】
他方、図８に示すように、第２の軸受６０Ｂのジャーナル面６１ａには、ブルギア軸５２から加わる水平成分を含む荷重による影響で、０°（３６０°）に配置された給油溝６１ｂ近傍に潤滑油の油膜圧力の最大値が出現し、油膜厚さの最小値が出現していることが分かる。また、０°（３６０°）に配置された給油溝６１ｂ近傍においては、軸受温度上昇の最大値が出現していることが分かる。なお、各値の最大値の出現位置が第１の軸受６０Ａと半位相ズレているのは、ブルギア５１を中心としてブルギア軸５２にモーメントがかかることに起因すると考えられる（図５（ａ）参照）。
このように、第２の軸受６０Ｂの分割面１００を基準平面Ｂに配置したときも、ブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる荷重を給油溝６１ｂ近傍で受けてしまい、しっかりと面で受けることができないため、この場合には高荷重に対応することができないことが分かる。
【００４３】
一方、図９に示すように、第２の軸受６０Ｂの基準平面Ｂに対する軸受回転角度を３０°毎に変更していくと、ジャーナル面６１ａの周方向における最小油膜厚さは、０°から徐々に上昇し、１２０°を最大値として、その後徐々に下降することが分かる。
このように、第２の軸受６０Ｂの姿勢を、例えば６０°、９０°、１２０°と変更し、分割面１００を基準平面Ｂから傾かせることにより、ブルギア軸５２から加わる水平成分を含む荷重方向に給油溝６１ｂが配置されないようにしつつ、その荷重をしっかりとジャーナル面６１ａで受けさせることができる。したがって、分割面１００を基準平面Ｂに配置したときよりも高荷重まで対応可能とさせることができる。
【００４４】
図２に戻り、本実施形態の第１の軸受６０Ａの軸受固定孔７５は、分割面１００に対して３０°で設けられており、分割面１００を基準平面Ｂに対して６０°傾かせるよう構成されている。ところで、図７に示すように、第１の軸受６０Ａの軸受回転角度は９０°とすることが最も好ましいが、第１の軸受６０Ａの軸受回転角度を９０°とすると、軸受固定孔７５の形成位置が分割面１００と一致してしまい、位置決めピン７１等と干渉してしまう。したがって、本実施形態では、第１の軸受６０Ａの軸受回転角度を６０°とする姿勢（第１の姿勢）でギアケース５７に対し固定し、分割面１００を基準平面Ｂに対して６０°傾かせるよう構成している。
【００４５】
本実施形態の第２の軸受６０Ｂは、図１に示すように、その分割面１００と第１の軸受６０Ａの分割面１００とを一致させるように、第１の軸受６０Ａと同じ第１の姿勢でギアケース５７に対し固定されている。このように、両者の分割面１００を一致させることで、それぞれの軸受６０のブルギア軸５２に対する組み付け作業を一括で行うことができる。具体的には、凹部５７ａに支持されたそれぞれのロアーハーフ７０Ｂの上にブルギア軸５２を載置し、それらにそれぞれのアッパーハーフ７０Ａを、位置決めピン７１及び結合ボルト７２を用いて組み付ける。その後、ブルギア軸５２に組み付けた第１の軸受６０Ａ及び第２の軸受６０Ｂを共に６０°回転させ、両者その姿勢で、第１の軸受６０Ａの軸受固定孔７５（第１の固定部）及び第２の軸受６０Ｂの軸受固定孔７５（第２の固定部）に対し、それぞれ不図示のピンを挿入して、ギアケース５７に一括で固定することができる。
【００４６】
ところで、第２の軸受６０Ｂを、第１の軸受６０Ａと同じ第１の姿勢で固定する理由としては、第１の軸受６０Ａの方が第２の軸受６０Ｂよりもブルギア軸５２から加わる水平成分を含む荷重が大きいためである。すなわち、図６及び図８に示すように、駆動モータＭ側に設けられた第１の軸受６０Ａの方が、駆動モータＭと逆側に設けられた第２の軸受６０Ｂよりも、油膜圧力の最大値が大きいため、第２の軸受６０Ｂの姿勢（第２の姿勢）に合わせて両者の軸受回転角度を１２０°とするよりも、第１の軸受６０Ａの姿勢（第１の姿勢）に合わせて両者の軸受回転角度を６０°とした方が、より高荷重に対応することができる。
なお、組み付け作業には手間がかかるが、第１の軸受６０Ａを第１の姿勢（６０°）で固定し、第２の軸受６０Ｂを第１の軸受６０Ａと異なる第２の姿勢（１２０°）で固定して、両者の分割面１００を違わせて、それぞれの軸受６０において最適な分割面１００の傾きとさせることで、さらにより高荷重に対応させることもできる。
【００４７】
したがって、上述の本実施形態によれば、基準平面Ｂに沿って設けられ、駆動モータＭによって回転駆動するブルギア軸５２と、ブルギア軸５２の周面に対向するジャーナル面６１ａに、ブルギア軸５２の軸方向に沿って給油溝６１ｂが形成され、且つ、該給油溝６１ｂに沿って分割可能な分割面１００を有する軸受６０と、を有するターボ圧縮機１であって、分割面１００は、上記回転駆動しているブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる荷重の方向と異なる位置に配置されており、また、上記回転駆動しているブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる水平成分を含む方向の荷重に基づいて分割面１００を基準平面Ｂに対して傾かせた姿勢で、軸受６０を固定する軸受固定孔７５を有するという構成を採用することによって、ブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる水平成分を含む方向の荷重に基づいて、軸受６０の姿勢を変更して固定することにより、分割面１００を基準平面Ｂから傾かせ、水平成分を含む荷重方向に給油溝６１ｂが配置されないようにしつつ、その荷重をしっかりとジャーナル面６１ａで受けさせることができる。
このため、本実施形態によれば、高荷重に対応することができるターボ圧縮機１が得られる。
【００４８】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４９】
例えば、上記実施形態では、駆動機として駆動モータＭを採用したが、例えばガスタービン等であっても良い。
【符号の説明】
【００５０】
１…ターボ圧縮機、Ｂ…基準平面、Ｍ…駆動モータ（駆動機）、５１…ブルギア（ギア）、５２…ブルギア軸（ロータ）、５４…低速ピニオン軸（第２のロータ）、５６…高速ピニオン軸（第３のロータ）、５８，５９…スラストカラー、６０…軸受、６０Ａ…第１の軸受、６０Ｂ…第２の軸受、６１…ジャーナル軸受部、６１ａ…ジャーナル面、６１ｂ…給油溝、６２…スラスト軸受部、７５…軸受固定孔（固定部、第１の固定部、第２の固定部）、１００…分割面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、ロータを支承する直接潤滑方式のジャーナル軸受を採用した回転構造体が開示されている。この軸受は、基準平面に対して半円状の凹部を有する軸受台に固定支持される２つ割り型の軸受ハウジングを有している。軸受ハウジングの内側には、複数のティルテイングパッドが配置されている。
【０００３】
この２つ割り型の軸受ハウジングは、それぞれ半リング状をなす上側軸受ハウジングと下側軸受ハウジングとに分割可能な水平分割面を有しており、下側軸受ハウジングが軸受台の凹部に嵌合固定される。そして、上側軸受ハウジングが、位置決めピンや結合ボルトによって下側軸受ハウジングに結合される構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１６９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、駆動機によりロータを回転駆動させて所定のガスを圧縮するターボ圧縮機において、ロータの周面に対向するジャーナル面（すべり面）を有する軸受に、上記２つ割り型構造を採用する場合がある。そして、この２つ割り型構造の軸受においては、加工のし易さから、上記水平分割面に沿って軸方向に延在する給油溝を形成することがある。
【０００６】
しかしながら、ロータからジャーナル面に加わる荷重には、ロータの自重に起因する重力方向の荷重だけでなく、はすば歯車のかみ合いによるスラスト方向の荷重や圧縮の際の流体との衝突等に起因する重力方向と異なる方向の荷重が含まれる。このため、ロータからジャーナル面に加わる荷重方向が、上記水平分割面の給油溝付近となることがあり、当該荷重をしっかりと面で受けることができず、この場合には高荷重に対応することができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高荷重に対応することができるターボ圧縮機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、基準平面に沿って設けられ、駆動機によって回転駆動するロータと、上記ロータの周面に対向するジャーナル面に、上記ロータの軸方向に沿って給油溝が形成され、且つ、該給油溝に沿って分割可能な分割面を有する軸受と、を有するターボ圧縮機であって、上記分割面は、上記回転駆動している上記ロータから上記ジャーナル面に加わる荷重の方向と異なる位置に配置されているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ロータ駆動中にジャーナル面に加わる荷重方向に給油溝が配置されないため、従来よりも高荷重まで対応可能となる。
【０００９】
また、本発明においては、上記回転駆動している上記ロータから上記ジャーナル面に加わる水平成分を含む方向の荷重に基づいて上記分割面を上記基準平面に対して傾かせた姿勢で、上記軸受を固定する固定部を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ロータからジャーナル面に加わる水平成分を含む方向の荷重に基づいて、軸受の姿勢を変更して固定することにより、分割面を基準平面から傾かせる。これにより、水平成分を含む荷重方向に給油溝が配置されないようにしつつ、その荷重をしっかりとジャーナル面で受けさせることができるため、従来よりも高荷重まで対応可能となる。
【００１０】
また、本発明においては、上記分割面は、水平面に対して傾いているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、分割面を水平面に対して傾けることで、ロータからジャーナル面に加わる荷重方向が水平方向の場合に、その荷重方向に給油溝が配置されないようにしつつ、その荷重をしっかりとジャーナル面で受けさせることができる。
【００１１】
また、本発明においては、上記ロータは、第２のロータと第３のロータとを回転駆動させるギアを有し、上記軸受は、上記ギアを挟んで上記駆動機側に設けられた第１の軸受と、上記ギアを挟んで上記駆動機と逆側に設けられた第２の軸受と、を有し、上記固定部は、上記第１の軸受を第１の姿勢で固定する第１の固定部と、上記第２の軸受を上記第１の姿勢で固定する第２の固定部と、を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ギアを挟んで駆動機側に設けられた第１の軸受を第１の姿勢で固定し、ギアを挟んで駆動機と逆側に設けられた第２の軸受を第１の軸受と同じ第１の姿勢で固定して、両者の分割面を一致させることで、それぞれの軸受のロータに対する組み付け作業を一括で行うことができる。
【００１２】
また、本発明においては、上記ロータは、第２のロータと第３のロータとを回転駆動させるギアを有し、上記軸受は、上記ギアを挟んで上記駆動機側に設けられた第１の軸受と、上記ギアを挟んで上記駆動機と逆側に設けられた第２の軸受と、を有し、上記固定部は、上記第１の軸受を第１の姿勢で固定する第１の固定部と、上記第２の軸受を上記第１の姿勢と異なる第２の姿勢で固定する第２の固定部と、を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ギアを挟んで駆動機側に設けられた第１の軸受を第１の姿勢で固定し、ギアを挟んで駆動機と逆側に設けられた第２の軸受を第１の軸受と異なる第２の姿勢で固定して、両者の分割面を違わせることで、それぞれの軸受において最適な分割面の傾きとして、より高荷重に対応することができる。
【００１３】
また、本発明においては、上記第２のロータ及び上記第３のロータは、それぞれ上記軸方向において上記ギアと当接可能なスラストカラーを有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、第２のロータ及び第３のロータからの軸方向の荷重によって、ロータからジャーナル面にモーメント荷重が加わる場合の高荷重に対応することができる。
【００１４】
また、本発明においては、上記第２のロータ及び上記第３のロータは、それぞれ上記基準平面に沿って設けられ、且つ、上記ロータを挟んだ位置関係を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、第２のロータ及び第３のロータからの軸方向の荷重によって、ロータからジャーナル面に、略基準平面に沿うモーメント荷重が加わる場合に、分割面を基準平面に対して傾けることで、そのモーメント荷重方向に給油溝が配置されないようにしつつ、そのモーメント荷重をしっかりとジャーナル面で受けさせることができる。
【００１５】
また、本発明においては、上記軸受は、上記ジャーナル面を有するジャーナル軸受部と、上記ジャーナル軸受部と一体で設けられたスラスト軸受部と、を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、軸受がスラスト荷重を積極的に受ける場合の高荷重に対応することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高荷重に対応することができるターボ圧縮機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態におけるターボ圧縮機の主要部を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態における第１の軸受のギアケースに対する固定姿勢を示す正面図である。
【図３】本発明の実施形態における第１の軸受の構成を示す背面図である。
【図４】図３における矢視Ａ図である。
【図５】本発明の実施形態におけるブルギア軸からジャーナル面に加わる水平成分を含む荷重について説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態におけるブルギア軸から第１の軸受のジャーナル面に加わる荷重に関するグラフである。
【図７】本発明の実施形態における第１の軸受における軸受回転角と最小油膜厚さとの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態におけるブルギア軸から第２の軸受のジャーナル面に加わる荷重に関するグラフである。
【図９】本発明の実施形態における第２の軸受における軸受回転角と最小油膜厚さとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るターボ圧縮機の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態におけるターボ圧縮機１の主要部を示す断面図である。
ターボ圧縮機１は、第一段圧縮機１０と、第二段圧縮機２０と、第三段圧縮機３０と、第四段圧縮機４０と、駆動モータ（駆動機）Ｍと、歯車装置５０とを有する。また、ターボ圧縮機１は、ガスＧを、第一段圧縮機１０から、第二段圧縮機２０、第三段圧縮機３０、第四段圧縮機４０の順に導く、不図示のガス流路を備えている。
【００２０】
歯車装置５０は、ブルギア５１を有するブルギア軸（ロータ）５２と、第１のピニオンギア５３を有する低速ピニオン軸（第２のロータ）５４と、第２のピニオンギア５５を有する高速ピニオン軸（第３のロータ）５６と、ギアケース５７と、を有する。ブルギア５１は、第１のピニオンギア５３及び第２のピニオンギア５５とそれぞれ噛合している。ブルギア５１、第１のピニオンギア５３及び第２のピニオンギア５５は、静音性及びトルク伝達性に優れる、はすば歯車から構成されている。
【００２１】
低速ピニオン軸５４は、ブルギア軸５２と平行に配置され、ギアケース５７に設けられた不図示のジャーナル軸受によってギアケース５７に対し回転自在に軸支される。低速ピニオン軸５４の一端部には、第一段圧縮機１０の羽根車１１が設けられ、他端部には、第二段圧縮機２０の羽根車２１が設けられている。また、低速ピニオン軸５４は、ブルギア５１と軸方向両側において当接可能なスラストカラー５８を有する。
【００２２】
一方、高速ピニオン軸５６は、ブルギア軸５２に平行で且つ低速ピニオン軸５４とはブルギア軸５２を挟んで反対側に配置され、ギアケース５７に設けられた不図示のジャーナル軸受によってギアケース５７に対し回転自在に軸支される。高速ピニオン軸５６の一端部には、第三段圧縮機３０の羽根車３１が設けられ、他端部には、第四段圧縮機４０の羽根車４１が設けられている。また、高速ピニオン軸５６は、ブルギア５１と軸方向両側において当接可能なスラストカラー５９を有する。
【００２３】
羽根車１１，２１，３１，４１は、ラジアルインペラであり、軸方向で吸気したガスＧを半径方向に導出する不図示の３次元的ねじれを含むブレードを有する。羽根車１１，２１，３１，４１の周りには、それぞれディフューザ流路が設けられており、半径方向に導出したガスＧを、当該流路において圧縮・昇圧し、また、さらにその周りに設けられたスクロール流路を介して次の段の圧縮機に供給することができる。
【００２４】
ブルギア軸５２は、駆動モータＭの出力軸２と接続されており、駆動モータＭによって回転駆動する構成となっている。ブルギア軸５２は、ギアケース５７に設けられた軸受６０によってギアケース５７に対し回転自在に軸支される。軸受６０は、ブルギア５１を挟んで駆動モータＭ側に設けられた第１の軸受６０Ａと、ブルギア５１を挟んで駆動モータＭ側と逆側に設けられた第２の軸受６０Ｂと、を有する。
【００２５】
上記構成のターボ圧縮機１によれば、駆動モータＭによってブルギア軸５２を回転駆動させると、ブルギア軸５２の回転と同期して、低速ピニオン軸５４及び高速ピニオン軸５６が回転駆動する。これにより、ガスＧが、第一段圧縮機１０の吸気口１２から導入されて第一段圧縮され、その後、ガスＧは、不図示のガス流路を介して、第二段圧縮機２０の吸気口２２、第三段圧縮機３０の吸気口３２、第四段圧縮機４０の吸気口４２、の順に導入されて多段圧縮される。なお、当該多段圧縮されたガスＧは、ターボ圧縮機１に接続された不図示の産業用機械や空気分離装置等に供給されることとなる。
【００２６】
次に、図２〜図４を参照して、軸受６０の構成について詳しく説明する。なお、以下の説明では、第１の軸受６０Ａの構成についてのみ説明し、第１の軸受６０Ａと構成を同じくする第２の軸受６０Ｂの構成については、重複説明を避けるため割愛する。
図２は、本発明の実施形態における第１の軸受６０Ａのギアケース５７に対する固定姿勢を示す正面図である。図３は、本発明の実施形態における第１の軸受６０Ａの構成を示す背面図である。図４は、図３における矢視Ａ図である。
【００２７】
第１の軸受６０Ａは、図２に示すように、ブルギア軸５２が設けられた基準平面Ｂに対して半円状の凹部５７ａを有するギアケース５７に対して所定の姿勢で固定されている。本実施形態の基準平面Ｂは、図２に図示されている下側のギアケース５７と、図２に図示されていない上側のギアケースとの組み合せ面と一致している。また、本実施形態の基準平面Ｂは、水平面と一致している。なお、基準平面Ｂと水平面とは、ほとんどの場合一致するが、ターボ圧縮機１の設置箇所や仕様によっては、基準平面Ｂと水平面とが一致しない場合もある。
【００２８】
第１の軸受６０Ａは、ジャーナル面（すべり面）６１ａを有するジャーナル軸受部６１と、ジャーナル軸受部６１と一体で設けられたスラスト軸受部６２と、を有する。
ジャーナル軸受部６１は、半円状の凹部５７ａに嵌合可能な略円筒形状を有する真円軸受である（図３及び図４参照）。ジャーナル面６１ａは、例えばホワイトメタルから形成されている。このジャーナル面６１ａには、ブルギア軸５２の軸方向に沿って給油溝６１ｂが対となって形成されている（図３参照）。
【００２９】
スラスト軸受部６２は、ジャーナル軸受部６１よりも拡径した略円環板状のテーパランド軸受である。スラスト軸受部６２は、ブルギア軸５２と一体で回転する略円板状のスラストディスク６３（図１参照）と対向配置され、且つ、ギアケース５７に対してジャーナル軸受部６１と共に一体で固定される。
【００３０】
上記構成の第１の軸受６０Ａは、図３に示すように、給油溝６１ｂに沿って分割可能な分割面１００を有する２つ割り型構造となっている。以下、分割面１００で分割されたうちの、一方側をアッパーハーフ７０Ａと称し、他方側をロアーハーフ７０Ｂと称する。アッパーハーフ７０Ａ及びロアーハーフ７０Ｂは、それぞれ略半円環形状を有する。
【００３１】
アッパーハーフ７０Ａは、ロアーハーフ７０Ｂに対して位置決めピン７１で位置決めされ、結合ボルト７２によってロアーハーフ７０Ｂに結合される。なお、位置決めピン７１及び結合ボルト７２は、それぞれジャーナル軸受部６１に設けられる。図４に示すように、ジャーナル軸受部６１には、位置決めピン７１を挿入するピン挿入孔７３、結合ボルト７２を挿入するボルト挿入孔７４が、それぞれ対角の２点において設けられている。
【００３２】
アッパーハーフ７０Ａのジャーナル軸受部６１に対応する位置には、第１の軸受６０Ａをギアケース５７に対して所定の姿勢で固定する軸受固定孔（固定部）７５が形成されている。本実施形態の軸受固定孔７５は、不図示のピンが挿入される穴として形成されている。軸受固定孔７５は、図２に示すように、第１の軸受６０Ａをギアケース５７に固定する際に、基準平面Ｂに対して直角（９０°）に配置される。
【００３３】
軸受固定孔７５には、下側のギアケース５７と、不図示の上側のギアケースとを組み合わせる際に、不図示のピンが上方から挿入される。これにより、第１の軸受６０Ａがギアケース５７に対して回転することが規制されて固定される。軸受固定孔７５は、分割面１００に対して所定角度で設けられており、図２に示すように分割面１００を基準平面Ｂ（水平面）に対して傾かせるよう構成されている。なお、図２に示す所定角度（６０°）とは、基準平面Ｂを０°に設定し、ブルギア軸５２の回転方向（図２において時計回り）を＋として規定したものである。
【００３４】
分割面１００の基準平面Ｂに対する傾きは、回転駆動中にブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる水平成分を含む荷重に基づいて設定されている。
続いて、このブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる水平成分を含む荷重について詳しく説明する。
【００３５】
図５は、本発明の実施形態におけるブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる水平成分を含む荷重について説明するための図である。なお、図５（ａ）は、基準平面Ｂに沿う方向に加わる荷重を模式的に示す図である。また、図５（ｂ）は、基準平面Ｂと直交する面に沿う方向に加わる荷重を模式的に示す図である。
【００３６】
図５（ａ）に示すように、ブルギア軸５２は、駆動モータＭからトルクが伝達され回転駆動する。ブルギア軸５２が回転駆動すると、ブルギア５１を介して、基準平面Ｂに沿って左右に配置された低速ピニオン軸５４及び高速ピニオン軸５６が回転駆動する。低速ピニオン軸５４及び高速ピニオン軸５６は、それぞれ不図示のジャーナル軸受で支えられ、はすば歯車及び圧縮ガスにより発生する軸方向の荷重（スラスト荷重）は、スラストカラー５８，５９によりブルギア５１側に伝達される。ブルギア軸５２の軸受６０は、伝達されたスラスト荷重をスラスト軸受部６２で受けると共に、ブルギア軸５２からの半径方向の荷重（ジャーナル荷重）をジャーナル軸受部６１で受けることとなる。
【００３７】
ジャーナル軸受部６１のジャーナル面６１ａには、図５（ｂ）に示すように、ブルギア軸５２の自重による荷重と、低速ピニオン軸５４及び高速ピニオン軸５６への伝達動力（反力）と、が加わるが、さらに、低速ピニオン軸５４及び高速ピニオン軸５６からのスラスト荷重に起因するモーメント荷重が加わる（図５（ａ）参照）。このモーメント荷重は、はすば歯車及び圧縮ガスにより発生するスラスト荷重のうち、特に圧縮ガスによるガス・スラスト力による影響が大きい。ガス・スラスト力は、低速ピニオン軸５４の両端に設けられた羽根車１１，２１からのものと、高速ピニオン軸５６の両端に設けられた羽根車３１，４１からのものとがある。
【００３８】
ガス・スラスト力が、低速ピニオン軸５４側、高速ピニオン軸５６側が共に均等に発生する場合は、ブルギア軸５２の軸受６０は、そのスラスト軸受部６２の軸受面６２ａに対し垂直に荷重を受けることができる。しかしながら、低速ピニオン軸５４側、高速ピニオン軸５６側で発生するガス・スラスト力に不均衡がある場合（ほとんどの場合そうである）は、抉るようなモーメントとなってブルギア軸５２の軸受６０のジャーナル面６１ａに影響を与える。このとき発生するガス・スラスト力の大きさにより、軸受６０のジャーナル面６１ａに加わる荷重方向が略水平方向となる場合がある。このようにして、ブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに水平成分を含む荷重が加わる。
【００３９】
図６は、本発明の実施形態におけるブルギア軸５２から第１の軸受６０Ａのジャーナル面６１ａに加わる荷重に関するグラフである。図７は、本発明の実施形態における第１の軸受６０Ａにおける軸受回転角と最小油膜厚さとの関係を示すグラフである。図８は、本発明の実施形態におけるブルギア軸５２から第２の軸受６０Ｂのジャーナル面６１ａに加わる荷重に関するグラフである。図９は、本発明の実施形態における第２の軸受６０Ｂにおける軸受回転角と最小油膜厚さとの関係を示すグラフである。なお、図６及び図８は、分割面１００を基準平面Ｂに配置したとき（０°と１８０°に配置したとき）のジャーナル面６１ａの軸方向中央位置の周方向におけるグラフを示す。
【００４０】
図６に示すように、第１の軸受６０Ａのジャーナル面６１ａには、ブルギア軸５２から加わる水平成分を含む荷重による影響で、１８０°に配置された給油溝６１ｂ近傍に潤滑油の油膜圧力の最大値が出現し、油膜厚さの最小値が出現していることが分かる。また、１８０°に配置された給油溝６１ｂ近傍においては、軸受温度上昇の最大値が出現していることが分かる。
このように、第１の軸受６０Ａの分割面１００を基準平面Ｂに配置したときは、ブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる荷重を給油溝６１ｂ近傍で受けてしまい、しっかりと面で受けることができないため、この場合には高荷重に対応することができないことが分かる。
【００４１】
一方、図７に示すように、第１の軸受６０Ａの基準平面Ｂに対する軸受回転角度を３０°毎に変更していくと、ジャーナル面６１ａの周方向における最小油膜厚さは、０°から徐々に上昇し、９０°を最大値として、その後徐々に下降することが分かる。
このように、第１の軸受６０Ａの姿勢を、例えば３０°、６０°、９０°と変更し、分割面１００を基準平面Ｂから傾かせることにより、ブルギア軸５２から加わる水平成分を含む荷重方向に給油溝６１ｂが配置されないようにしつつ、その荷重をしっかりとジャーナル面６１ａで受けさせることができる。したがって、分割面１００を基準平面Ｂに配置したときよりも高荷重まで対応可能とさせることができる。
【００４２】
他方、図８に示すように、第２の軸受６０Ｂのジャーナル面６１ａには、ブルギア軸５２から加わる水平成分を含む荷重による影響で、０°（３６０°）に配置された給油溝６１ｂ近傍に潤滑油の油膜圧力の最大値が出現し、油膜厚さの最小値が出現していることが分かる。また、０°（３６０°）に配置された給油溝６１ｂ近傍においては、軸受温度上昇の最大値が出現していることが分かる。なお、各値の最大値の出現位置が第１の軸受６０Ａと半位相ズレているのは、ブルギア５１を中心としてブルギア軸５２にモーメントがかかることに起因すると考えられる（図５（ａ）参照）。
このように、第２の軸受６０Ｂの分割面１００を基準平面Ｂに配置したときも、ブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる荷重を給油溝６１ｂ近傍で受けてしまい、しっかりと面で受けることができないため、この場合には高荷重に対応することができないことが分かる。
【００４３】
一方、図９に示すように、第２の軸受６０Ｂの基準平面Ｂに対する軸受回転角度を３０°毎に変更していくと、ジャーナル面６１ａの周方向における最小油膜厚さは、０°から徐々に上昇し、１２０°を最大値として、その後徐々に下降することが分かる。
このように、第２の軸受６０Ｂの姿勢を、例えば６０°、９０°、１２０°と変更し、分割面１００を基準平面Ｂから傾かせることにより、ブルギア軸５２から加わる水平成分を含む荷重方向に給油溝６１ｂが配置されないようにしつつ、その荷重をしっかりとジャーナル面６１ａで受けさせることができる。したがって、分割面１００を基準平面Ｂに配置したときよりも高荷重まで対応可能とさせることができる。
【００４４】
図２に戻り、本実施形態の第１の軸受６０Ａの軸受固定孔７５は、分割面１００に対して３０°で設けられており、分割面１００を基準平面Ｂに対して６０°傾かせるよう構成されている。ところで、図７に示すように、第１の軸受６０Ａの軸受回転角度は９０°とすることが最も好ましいが、第１の軸受６０Ａの軸受回転角度を９０°とすると、軸受固定孔７５の形成位置が分割面１００と一致してしまい、位置決めピン７１等と干渉してしまう。したがって、本実施形態では、第１の軸受６０Ａの軸受回転角度を６０°とする姿勢（第１の姿勢）でギアケース５７に対し固定し、分割面１００を基準平面Ｂに対して６０°傾かせるよう構成している。
【００４５】
本実施形態の第２の軸受６０Ｂは、図１に示すように、その分割面１００と第１の軸受６０Ａの分割面１００とを一致させるように、第１の軸受６０Ａと同じ第１の姿勢でギアケース５７に対し固定されている。このように、両者の分割面１００を一致させることで、それぞれの軸受６０のブルギア軸５２に対する組み付け作業を一括で行うことができる。具体的には、凹部５７ａに支持されたそれぞれのロアーハーフ７０Ｂの上にブルギア軸５２を載置し、それらにそれぞれのアッパーハーフ７０Ａを、位置決めピン７１及び結合ボルト７２を用いて組み付ける。その後、ブルギア軸５２に組み付けた第１の軸受６０Ａ及び第２の軸受６０Ｂを共に６０°回転させ、両者その姿勢で、第１の軸受６０Ａの軸受固定孔７５（第１の固定部）及び第２の軸受６０Ｂの軸受固定孔７５（第２の固定部）に対し、それぞれ不図示のピンを挿入して、ギアケース５７に一括で固定することができる。
【００４６】
ところで、第２の軸受６０Ｂを、第１の軸受６０Ａと同じ第１の姿勢で固定する理由としては、第１の軸受６０Ａの方が第２の軸受６０Ｂよりもブルギア軸５２から加わる水平成分を含む荷重が大きいためである。すなわち、図６及び図８に示すように、駆動モータＭ側に設けられた第１の軸受６０Ａの方が、駆動モータＭと逆側に設けられた第２の軸受６０Ｂよりも、油膜圧力の最大値が大きいため、第２の軸受６０Ｂの姿勢（第２の姿勢）に合わせて両者の軸受回転角度を１２０°とするよりも、第１の軸受６０Ａの姿勢（第１の姿勢）に合わせて両者の軸受回転角度を６０°とした方が、より高荷重に対応することができる。
なお、組み付け作業には手間がかかるが、第１の軸受６０Ａを第１の姿勢（６０°）で固定し、第２の軸受６０Ｂを第１の軸受６０Ａと異なる第２の姿勢（１２０°）で固定して、両者の分割面１００を違わせて、それぞれの軸受６０において最適な分割面１００の傾きとさせることで、さらにより高荷重に対応させることもできる。
【００４７】
したがって、上述の本実施形態によれば、基準平面Ｂに沿って設けられ、駆動モータＭによって回転駆動するブルギア軸５２と、ブルギア軸５２の周面に対向するジャーナル面６１ａに、ブルギア軸５２の軸方向に沿って給油溝６１ｂが形成され、且つ、該給油溝６１ｂに沿って分割可能な分割面１００を有する軸受６０と、を有するターボ圧縮機１であって、分割面１００は、上記回転駆動しているブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる荷重の方向と異なる位置に配置されており、また、上記回転駆動しているブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる水平成分を含む方向の荷重に基づいて分割面１００を基準平面Ｂに対して傾かせた姿勢で、軸受６０を固定する軸受固定孔７５を有するという構成を採用することによって、ブルギア軸５２からジャーナル面６１ａに加わる水平成分を含む方向の荷重に基づいて、軸受６０の姿勢を変更して固定することにより、分割面１００を基準平面Ｂから傾かせ、水平成分を含む荷重方向に給油溝６１ｂが配置されないようにしつつ、その荷重をしっかりとジャーナル面６１ａで受けさせることができる。
このため、本実施形態によれば、高荷重に対応することができるターボ圧縮機１が得られる。
【００４８】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４９】
例えば、上記実施形態では、駆動機として駆動モータＭを採用したが、例えばガスタービン等であっても良い。
【符号の説明】
【００５０】
１…ターボ圧縮機、Ｂ…基準平面、Ｍ…駆動モータ（駆動機）、５１…ブルギア（ギア）、５２…ブルギア軸（ロータ）、５４…低速ピニオン軸（第２のロータ）、５６…高速ピニオン軸（第３のロータ）、５８，５９…スラストカラー、６０…軸受、６０Ａ…第１の軸受、６０Ｂ…第２の軸受、６１…ジャーナル軸受部、６１ａ…ジャーナル面、６１ｂ…給油溝、６２…スラスト軸受部、７５…軸受固定孔（固定部、第１の固定部、第２の固定部）、１００…分割面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準平面に沿って設けられ、駆動機によって回転駆動するロータと、前記ロータの周面に対向するジャーナル面に、前記ロータの軸方向に沿って給油溝が形成され、且つ、該給油溝に沿って分割可能な分割面を有する軸受と、を有するターボ圧縮機であって、
前記分割面は、前記回転駆動している前記ロータから前記ジャーナル面に加わる荷重の方向と異なる位置に配置されていることを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項２】
前記回転駆動している前記ロータから前記ジャーナル面に加わる水平成分を含む方向の荷重に基づいて前記分割面を前記基準平面に対して傾かせた姿勢で、前記軸受を固定する固定部を有することを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機。
【請求項３】
前記分割面は、水平面に対して傾いていることを特徴とする請求項１または２に記載のターボ圧縮機。
【請求項４】
前記ロータは、第２のロータと第３のロータとを回転駆動させるギアを有し、
前記軸受は、前記ギアを挟んで前記駆動機側に設けられた第１の軸受と、前記ギアを挟んで前記駆動機と逆側に設けられた第２の軸受と、を有し、
前記固定部は、前記第１の軸受を第１の姿勢で固定する第１の固定部と、前記第２の軸受を前記第１の姿勢で固定する第２の固定部と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。
【請求項５】
前記ロータは、第２のロータと第３のロータとを回転駆動させるギアを有し、
前記軸受は、前記ギアを挟んで前記駆動機側に設けられた第１の軸受と、前記ギアを挟んで前記駆動機と逆側に設けられた第２の軸受と、を有し、
前記固定部は、前記第１の軸受を第１の姿勢で固定する第１の固定部と、前記第２の軸受を前記第１の姿勢と異なる第２の姿勢で固定する第２の固定部と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。
【請求項６】
前記第２のロータ及び前記第３のロータは、それぞれ前記軸方向において前記ギアと当接可能なスラストカラーを有することを特徴とする請求項４または５に記載のターボ圧縮機。
【請求項７】
前記第２のロータ及び前記第３のロータは、それぞれ前記基準平面に沿って設けられ、且つ、前記ロータを挟んだ位置関係を有することを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。
【請求項８】
前記軸受は、前記ジャーナル面を有するジャーナル軸受部と、前記ジャーナル軸受部と一体で設けられたスラスト軸受部と、を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。
【請求項１】
基準平面に沿って設けられ、駆動機によって回転駆動するロータと、前記ロータの周面に対向するジャーナル面に、前記ロータの軸方向に沿って給油溝が形成され、且つ、該給油溝に沿って分割可能な分割面を有する軸受と、を有するターボ圧縮機であって、
前記分割面は、前記回転駆動している前記ロータから前記ジャーナル面に加わる荷重の方向と異なる位置に配置されていることを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項２】
前記回転駆動している前記ロータから前記ジャーナル面に加わる水平成分を含む方向の荷重に基づいて前記分割面を前記基準平面に対して傾かせた姿勢で、前記軸受を固定する固定部を有することを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機。
【請求項３】
前記分割面は、水平面に対して傾いていることを特徴とする請求項１または２に記載のターボ圧縮機。
【請求項４】
前記ロータは、第２のロータと第３のロータとを回転駆動させるギアを有し、
前記軸受は、前記ギアを挟んで前記駆動機側に設けられた第１の軸受と、前記ギアを挟んで前記駆動機と逆側に設けられた第２の軸受と、を有し、
前記固定部は、前記第１の軸受を第１の姿勢で固定する第１の固定部と、前記第２の軸受を前記第１の姿勢で固定する第２の固定部と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。
【請求項５】
前記ロータは、第２のロータと第３のロータとを回転駆動させるギアを有し、
前記軸受は、前記ギアを挟んで前記駆動機側に設けられた第１の軸受と、前記ギアを挟んで前記駆動機と逆側に設けられた第２の軸受と、を有し、
前記固定部は、前記第１の軸受を第１の姿勢で固定する第１の固定部と、前記第２の軸受を前記第１の姿勢と異なる第２の姿勢で固定する第２の固定部と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。
【請求項６】
前記第２のロータ及び前記第３のロータは、それぞれ前記軸方向において前記ギアと当接可能なスラストカラーを有することを特徴とする請求項４または５に記載のターボ圧縮機。
【請求項７】
前記第２のロータ及び前記第３のロータは、それぞれ前記基準平面に沿って設けられ、且つ、前記ロータを挟んだ位置関係を有することを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。
【請求項８】
前記軸受は、前記ジャーナル面を有するジャーナル軸受部と、前記ジャーナル軸受部と一体で設けられたスラスト軸受部と、を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８３１６８（Ｐ２０１３−８３１６８Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２１９８８（Ｐ２０１１−２２１９８８）
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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