CN110296089A - 涡轮压缩机以及使用该涡轮压缩机的冷冻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涡轮压缩机，在具备电机直接连结结构并用滑动轴承支撑电动机转子的涡轮压缩机中，防止因电动机循环电流而引起的电腐蚀，不需要绝缘结构，简化供油路径，抑制旋转轴的振动，可进行高速旋转。涡轮压缩机具备具有定子以及转子的电动机、叶轮、将转子与叶轮直接连结的旋转轴、通过配置于转子与叶轮之间的润滑油支撑旋转轴的至少两个轴承、收纳这些的壳体，旋转轴配置在大致水平方向上，转子被旋转轴悬臂支撑，至少两个轴承中的至少一个是多圆弧滑动轴承。

Description

涡轮压缩机以及使用该涡轮压缩机的冷冻机

技术领域

本发明涉及涡轮压缩机以及使用该涡轮压缩机的冷冻机。

背景技术

涡轮压缩机具有电动机、叶轮、向叶轮传送电动机的动力的旋转轴。在此，在旋转轴划分为两个不同部件即电动机旋转轴与叶轮旋转轴的情况下，设置将这些旋转轴连接的增速齿轮，各个旋转轴通过轴承自由旋转地被支撑的结构是普遍的。该情况下，电动机的动力通过增速齿轮向叶轮旋转轴传送。

另一方面，也有具有不使用这样的增速齿轮的结构的无齿轮涡轮压缩机。在无齿轮涡轮压缩机的情况下，通过一个旋转轴向叶轮直接传送电动机的动力。通过这样的结构消除增速齿轮中的齿轮损失，能够提高压缩机性能的同时，减少压缩机的部件数量，能够使压缩机的结构为简单的结构。无齿轮涡轮压缩机与现有的带增速齿轮的压缩机相比，由于使电动机在高转数范围内运转，因此存在旋转轴的噪音、振动成为问题的情况。

在专利文献1中记载了在用于冷冻装置的压缩机且被电机驱动的压缩机中，将压缩机的叶轮与电机的转子连结的轴自由旋转地被一对轴承(滚动轴承)支撑的结构。

在以高速旋转运转的旋转机构中，普遍采用通过介于旋转轴与轴承的间隙中的润滑油膜支撑旋转轴的滑动轴承。滑动轴承是通过在旋转轴的外周面与轴承内周面的楔状间隙中以轴旋转引入润滑油而产生油膜压力并由此支撑旋转轴的负载的结构。另外，与同样地在旋转机构中采用的旋转轴承相比较具备负载容量大、寿命长、运转噪音小、耐冲击性、吸振性高这样的优点。

滑动轴承在高速运转时存在强制振动、自激振动这样的振动现象成为问题的情况。而且，自激振动是因滑动轴承的润滑油膜的衰减效果而导致旋转轴摆动的现象，被称为油膜振荡、箔旋转。油膜振荡在危险速度的2倍以上的高转速中产生，由于一旦产生振动则不会衰减地发散，因此可能会引起轴承、压缩机的损伤。因此，优选以避免会产生强制振动、自激振动的转数范围运转机械的方式进行设计。

可是，近年来，伴随着旋转机械的大型化、高速化，抑制在运转范围内产生的振动现象成为设计上的课题。

对于这样的课题，具有提高旋转轴的刚性并使固有频率变大的方法、增加旋转轴的轴承支撑位置的方法、或采用稳定性优越的轴承的方法。在滑动轴承中，已知多圆弧轴承、倾斜垫片式轴承、浮动轴承这样的所谓动压轴承的轴稳定性优越。

在专利文献2中记载了在离心式压缩机中具备用于将主轴与驱动轴安装于齿轮箱的三圆弧轴承，通过利用该三圆弧轴承能有效地提高旋转轴的高速动作的准确性、稳定性，从而降低噪音。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2008-82622号公报

专利文献2：日本特表2016-539275号公报

在专利文献2记载的离心式压缩机中，在驱动电机与叶轮之间设置齿轮。在该文献中，驱动电机的轴承的配置未明确表示。

在具有双臂支撑电动机的结构的压缩机中，会存在因循环电流而产生的电腐蚀的问题。为了防止这个问题，需要轴承的绝缘、安装接地刷等，存在压缩机结构复杂化、成本上升的问题。

相对于此，在具备悬臂支撑电动机的结构的压缩机中，由于可以不考虑电腐蚀，因此可以不需要绝缘处理。

另外，从防止从配油管中漏油的观点优选减少配油管的根数、接头部。在作为用单一的配管从泵向压缩机供给润滑油、在壳体内部使系统分注并向各轴承进行油供给的结构的情况下，相比于双臂支撑电动机的结构，通过悬臂支撑电动机而使轴承间隔变短的一方能够使油供给路径变短，容易使结构简单而优选。

可是，在为悬臂支撑电动机的情况下，电动机转子的加振力变大，旋转轴产生自激振动的转速下降。尤其用电动机直接驱动叶轮的涡轮压缩机与现有的具备增速齿轮的涡轮压缩机相比较，由于电动机的转速提高，在运转范围内产生轴振动，因此需要进行振动对策。

发明内容

本发明的目的在于在具有电机直接连结结构并用滑动轴承支撑电动机转子的涡轮压缩机中，防止由电动机循环电流引起的电腐蚀，不需要绝缘结构，简化供油路径，抑制旋转轴的振动，可进行高速旋转。

本发明的涡轮压缩机具备具有定子以及转子的电动机、叶轮、将转子与叶轮直接连结的旋转轴、配置于转子与叶轮之间并隔着润滑油支撑旋转轴的至少两个轴承、将这些收纳的壳体，旋转轴在大致水平方向上配置，转子被旋转轴悬臂支撑，至少两个轴承中的至少一个为多圆弧滑动轴承。

发明效果

根据本发明，在具备电机直接连结结构并用滑动轴承支撑电动机转子的涡轮压缩机中，防止由电动机循环电流引起的电腐蚀，不需要绝缘结构，简化供油路径，抑制旋转轴的振动，可进行高速旋转。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的涡轮压缩机的整体结构的概略剖视图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是在将图1中的轴承外壳3分解的状态下从多圆弧滑动轴承8侧观察的图。

图4是表示图1的多圆弧滑动轴承8与轴承外壳3的接触面的图。

图5是图4的B-B剖视图。

图6是表示本发明的其他实施方式的涡轮压缩机的整体结构的概略剖视图。

图7是在将图6中的多圆弧滑动轴承68分解的状态下从轴承外壳3侧观察的立体图。

图8是图7中的多圆弧轴承68的纵向剖视图。

图9是实施方式3的正圆滑动轴承的A-A剖视图。

图10是表示本发明的冷冻机的概略构成图。

图中：1—涡轮压缩机，2—叶轮壳体，3—轴承外壳，4—电机壳体，5、6—叶轮，7—旋转轴，8、9—多圆弧滑动轴承，10—电动机，11—电动机定子，12—电动机转子，13—供油口，13a、13b、13c、13d、13e—供油路，14、114—同心圆弧面，15—偏心圆弧面，16—供油槽，31—凸缘部，32—端面，33—贯通孔，34—供油槽，41—贯通孔，42、43—供油路，44—密封部，68、69—多圆弧滑动轴承，68a—凸缘部，68b—小径部，71—贯通孔，72—供油槽，73—螺栓孔，81—供油路，90—冷冻机，91—减压装置，92—冷凝器，93—蒸发器，95—制冷剂配管。

具体实施方式

(实施方式1)

本发明涉及作为电机直结型的涡轮压缩机的无齿轮涡轮压缩机以及使用该涡轮压缩机的冷冻机。在此，无齿轮涡轮压缩机的旋转轴在壳体的内部大致水平方向地配置，被动压滑动轴承支撑。

在此，在“大致水平方向”中包括相对于与重力方向正交的正水平方向，还包括倾斜10度左右的方向。这是考虑涡轮压缩机安装时的设置环境的原因。当然，这种相对于水平方向的倾斜小角度为好，优选5度以下，更优选3度以下。无论哪一角度，都能通过使用本发明的动压滑动轴承(多圆弧滑动轴承)抑制旋转轴的振摆。

以下，关于本发明的实施方式，使用附图详细地说明。并且，本发明并不限于以下的实施方式。

图1是表示本发明的涡轮压缩机的整体结构的概略剖视图。

如本图所示，涡轮压缩机1具备叶轮5、6、电动机10、将这些连接的旋转轴7、支撑旋转轴7的多圆弧滑动轴承8、9(以下，也称为“多圆弧轴承”)。这些构成要素被收纳于壳体的内部。电动机10具有电动机定子11(固定子)与电动机转子12(旋转子)。电动机转子12通过旋转轴7无齿轮地直接连结于叶轮5、6。叶轮5、6被电动机10驱动。

壳体由收纳叶轮5、6的叶轮壳体2、设置多圆弧滑动轴承8、9的轴承外壳3、收纳电动机10的电机壳体4构成。叶轮壳体2以及电机壳体4在水平方向上被连接，作为整体呈圆筒形状。电动机定子11被固定于电机壳体4的内壁。

旋转轴7配置于叶轮壳体2以及电机壳体4的中心部，被多圆弧滑动轴承8、9支撑。多圆弧滑动轴承8、9被固定于轴承外壳3。

如本图所示，电动机10配置于旋转轴7的一端部。并且，旋转轴7的电动机10侧的端部未用轴承等支撑。换而言之，电动机转子12通过多圆弧轴承8、9被悬臂支撑。再换而言之，涡轮压缩机1具备电动机10(电动机转子12)被多圆弧滑动轴承8、9支撑的外伸结构。

在轴承外壳3上设置供油路13a、13b、13c(润滑油的供给路)。在供油路13a上连接涡轮压缩机1的外部的供油配管(未图示)，从供油口13供给润滑油。润滑油通过供油路13a、13b、13c向多圆弧滑动轴承8、9供给。换而言之，润滑油的供给路(供油路13a)被分支为供油路13b、13c，与两个轴承(多圆弧滑动轴承8、9)连通。

涡轮压缩机1如上述通过外伸结构，能够在旋转轴7的中央部配置轴承。因此，只要仅在轴承外壳3上形成供油路13a、13b、13c即可，能够简化压缩机结构。

本发明的涡轮压缩机如本图所示，由于电动机转子12在水平方向上被多圆弧滑动轴承8、9悬臂支撑，因此相比较于具备在两端部通过轴承支撑的机构的压缩机(旋转机械)，存在旋转轴7的固有频率变小的情况，产生自激振动、共振的转速容易变低。另外，在高速旋转时对电动机转子12施加外力时的敏感度变高，共振时的轴振动变大。

因此，在本图所示的多圆弧滑动轴承9的内部中抑制轴7的自激振动、共振成为课题。

图2是图1的A-A剖视图，是表示多圆弧滑动轴承的详细结构的图。

本图所示的多圆弧滑动轴承8是三圆弧滑动轴承(以下，也称为“三圆弧轴承”)。在多圆弧滑动轴承8的中心部插入旋转轴7。旋转轴7的中心配置于多圆弧滑动轴承8的中心(轴承中心)。即，旋转轴7与多圆弧滑动轴承8以中心相同的方式配置。旋转轴7的直径为φD。

多圆弧滑动轴承8具有同心圆弧面14、偏心圆弧面15以及供油槽16。同心圆弧面14的半径为R₀。偏心圆弧面15的中心与同心圆弧面14的中心不同。偏心圆弧面15的半径为R₁。供油槽16的曲率半径比同心圆弧面14以及偏心圆弧面15的半径小。

供油槽16的最深部位中的外插了偏心圆弧面15的面与同心圆弧面14之间的距离为δ₁。旋转轴7与同心圆弧面14之间的距离(间隙)是δ₂。δ₂是同心圆弧面14的半径R₀与旋转轴7的半径(φD/2)的差。

从偏心圆弧面15与同心圆弧面14接触的部位至供油槽16的最深部位的偏心圆弧面15的开角(中心角)在将旋转轴7的中心作为基准的情况下为θ₁。同心圆弧面14的开角(中心角)为θ₂。

在本图中，将同心圆弧面14、偏心圆弧面15以及供油槽16表示为圆弧，但这些的剖面形状并不限于圆弧，可以是如润滑油的压力分布为所期望的状态的形状。

旋转轴7与多圆弧滑动轴承8的间隙由从外部供给的润滑油填满。同心圆弧面14确定该间隙的最小部分。偏心圆弧面15为以该间隙向旋转轴7的旋转方向依次变窄地连接于同心圆弧面14的方式从轴承中心偏心的配置。同心圆弧面14以及偏心圆弧面15分别为三个且以同心圆弧面14彼此以及偏心圆弧面15彼此为等角度配置的方式形成。换而言之，多个同心圆弧面14以成为等角度配置的方式形成，多个偏心圆弧面15以成为等角度配置的方式形成。在同心圆弧面14与偏心圆弧面15之间形成供给润滑油的供油槽16。

在此，所谓“等角度配置”指在圆周方向上以相等角度进行配置。因此，同心圆弧面14能够在多圆弧滑动轴承8的内壁面上在旋转轴7的旋转方向上以相等角度配置。关于偏心圆弧面15也与同心圆弧面14相同，在多圆弧滑动轴承8的内壁面上在旋转轴7的旋转方向上以相等角度配置。

并且，多圆弧滑动轴承9也与多圆弧滑动轴承8相同，在其内壁面上具有同心圆弧面、偏心圆弧面以及供油槽。

通过如本图所示的轴承结构，在旋转轴7的外周面上形成不相同的间隙的分布。伴随旋转轴7的旋转，在该间隙的旋转轴7的旋转方向上产生压力分布。该压力分布在如本图所示的三圆弧轴承的情况下，在旋转轴7的旋转方向上具备三个峰值(极大值)。由于该峰值等角度分布，因此旋转轴7隔着润滑油从三个方向被支撑，抑制旋转轴7的振动。由此，即使提高涡轮压缩机的转速也能够为稳定的运转，也能够抑制噪音的产生。

并且，在本图中表示三圆弧轴承，但本发明并不限于此，即使在具有四个以上的圆弧形状的多圆弧轴承中也能够得到相同的效果。

图3是在将图1的轴承外壳3分解的状态下从多圆弧滑动轴承8侧观察的图。

如图3所示，在轴承外壳3的端面32上形成供给润滑油的供油槽34。供油槽34以圆弧状设置于端面32。润滑油从设置于轴承外壳3的相反侧的端部的供油口13供给，通过供油路13a、13b进入供油槽34并向多圆弧滑动轴承8(图1)供给。供油槽34为圆弧状，与供油路13b侧相反的端部为润滑油的终点。

另外，轴承外壳3具有凸缘部31。凸缘部31被夹持于图1所示的叶轮壳体2与电机壳体4之间并被固定。

轴承外壳3具有贯通凸缘部31以及端面32的贯通孔33。在贯通孔33中插入旋转轴。

图4是表示图1的多圆弧滑动轴承8与轴承外壳3的接触面的图。

如图4所示，在多圆弧滑动轴承8中，三个供油路42等角度地设置。从图3的供油槽34向这三个供油路42供给润滑油。另外，多圆弧滑动轴承8具备贯通孔41。在贯通孔41中插入旋转轴。

图5是图4的B-B剖视图。

如图5所示，供油路42在多圆弧滑动轴承8的内部连接于供油路43。供油路43从制作工序的观点优选从多圆弧滑动轴承8的外周面向中心部开孔。因此，在形成供油路43之后，残留在多圆弧滑动轴承8的外周部的供油路43通过焊接等被密封，形成密封部44。

通过这样的结构，向多圆弧滑动轴承8的旋转轴侧供给润滑油。

(实施方式2)

图6是表示本发明的其他实施方式的涡轮压缩机的整体结构的概略剖视图。

在本图中与图1不同的方面是轴承部分由具有小径部的多圆弧滑动轴承68、69构成的方面。该小径部插入轴承外壳3的内部。轴承外壳3具有连接于供油路13b的供油路13d、13e。轴承外壳3的供油路13d向多圆弧滑动轴承68的小径部供给润滑油，轴承外壳3的供油路13e向多圆弧滑动轴承69的小径部供给润滑油。

图7是在将图6的多圆弧滑动轴承68分解的状态下从轴承外壳3侧观察的立体图。

在图7中，多圆弧滑动轴承68包括凸缘部68a以及小径部68b。凸缘部68a以及小径部68b都具有贯通孔71。在贯通孔71中插入旋转轴。在小径部68b的外周部上设置供油槽72。在凸缘部68a上设置螺栓孔73。

图8是图7的多圆弧滑动轴承68的纵向剖视图。

如图8所示，供油槽72连接于与贯通孔71连通的供油路81。通过图6所示的轴承外壳3的供油路13d供给的润滑油通过供油槽72以及供油路81向贯通孔71供给。

(实施方式3)

实施方式1以及2具有两个轴承，其两者是多圆弧滑动轴承，但并不限于此，一个可以是正圆滑动轴承。在图9中表示正圆滑动轴承的一例。该正圆滑动轴承设置为在图1用符号8、9表示的两个轴承中的任意一个，另一个是多圆弧滑动轴承(例如，三圆弧轴承)。

通过至少使任意一个为多圆弧滑动轴承而能得到旋转轴的摇摆抑制效果。

另外，多圆弧滑动轴承在旋转轴正转的情况下能准确地形成润滑油的压力分布。另外，在压缩机急停时，由于制冷剂气体的逆流而使旋转轴暂时性地反转，会存在不能充分地得到多圆弧滑动轴承的上述效果的情况。在这样的情况中，可能会导致负载大的电机轴侧轴承的烧损，需要防止。在本实施方式中，通过使任意一个为正圆滑动轴承，能够抑制上述担忧。更优选，能够通过仅使电机侧的轴承为正圆滑动轴承而能够有效地防止反转时的烧损。由于一个轴承为多圆弧滑动轴承，因此也能得到旋转轴的摇摆抑制的效果。

在图9中，正圆滑动轴承具有同心圆弧面114、供油槽116。同心圆弧面114的半径是R₁₁。供油槽116相当于旋转轴7的外面与同心圆弧面114的间隙。旋转轴7与同心圆弧面114之间的距离(间隙)是δ₁₁。旋转轴7的半径(φD/2)与实施方式1、2的旋转轴7的半径相同。间隙δ₁₁由于旋转轴7在轴承内的定位不是不动而是一边旋转一边位移，因此根据同心圆弧面114的位置而不同。

在实施方式3中，正圆滑动轴承的同心圆弧面的中心、多圆弧滑动轴承的同心圆弧面的中心优选位于相同的直线上。

在实施方式3中，正圆滑动轴承的同心圆弧面114的半径比多圆弧滑动轴承的同心圆弧面14的半径或偏心圆弧面的半径大。可是，并不限于此，可以正圆滑动轴承的同心圆弧面114的半径与多圆弧滑动轴承的同心圆弧面114的半径或偏心圆弧面的半径相同地构成。

在实施方式3中，相对于正圆滑动轴承的供油槽以及供油路既可以与实施方式1以及2相同，也可以是不同的路径，也可增减其数量。

(其他实施方式)

(1)在至少一个轴承中，可以在其厚度方向上(与旋转轴的轴平行的方向)直列地配置正圆滑动轴承与多圆弧滑动轴承。该情况下，优选相比于仅由一种轴承构成的轴承厚度，两种轴承直列配置的轴承的厚度厚。

(2)在实施方式1以及2中，两个多圆弧滑动轴承的同心圆弧面的中心位于相同的直线上。

(3)在实施方式1至3中，将两个轴承配置于转子与叶轮的大致中间，但并不限于此，也可以配置于转子的近端(叶轮的远端)或转子的远端(或叶轮的近端)。

(4)在实施方式1至3中，列举两个轴承的一例，但轴承也可以是3个以上。可是，轴承少的一方容易使供油路、供油槽为更简单的结构。

图10是表示本发明的冷冻机(冷冻循环)的概略构成图。

图10所示的冷冻机90具备涡轮压缩机1、冷凝器92、减压装置91(膨胀阀)、蒸发器93以及将这些连接的制冷剂配管95。涡轮压缩机1压缩低温低压的制冷剂气体并排出高温高压的制冷剂气体，向冷凝器92输送。输送到冷凝器92的制冷剂气体与流经冷凝器92内的冷却水进行热交换并被冷却而冷凝，成为制冷剂液。并且，制冷液通过减压装置91减压，向蒸发器93输送。输送到蒸发器93的制冷液与流经蒸发器93内的冷水进行热交换被加热而蒸发，形成制冷剂蒸汽，向涡轮压缩机1输送。在冷凝器92中从制冷剂气体中夺取了热量的冷却水向冷却塔(未图示)等输送，向大气中散热。与在蒸发器93中蒸发的制冷剂液的热交换而被冷却的冷水利用于高楼的空调等。

Claims (8)

1.一种涡轮压缩机，其特征在于，

具备：

具有定子以及转子的电动机；

叶轮；

直接连结上述转子和上述叶轮的旋转轴；

配置于上述转子与上述叶轮之间且隔着润滑油支撑上述旋转轴的至少两个轴承；以及

收纳上述电动机、上述叶轮、上述旋转轴以及上述至少两个轴承的壳体，

上述旋转轴配置在大致水平方向上，

上述转子由上述旋转轴悬臂支撑，

上述至少两个轴承中的至少一个为多圆弧滑动轴承。

2.根据权利要求1所述的涡轮压缩机，其特征在于，

上述多圆弧滑动轴承具有同心圆弧面、偏心圆弧面、供给上述润滑油的供油槽。

3.根据权利要求2所述的涡轮压缩机，其特征在于，

上述多圆弧滑动轴承具有多个上述同心圆弧面以及上述偏心圆弧面，

多个上述同心圆弧面以成为等角度配置的方式形成，

多个上述偏心圆弧面以成为等角度配置的方式形成。

4.根据权利要求1～3任一项所述的涡轮压缩机，其特征在于，

上述多圆弧滑动轴承是三圆弧滑动轴承。

5.根据权利要求1～4任一项所述的涡轮压缩机，其特征在于，

上述壳体具有一个供油口和上述润滑油的供给路，

上述供油路被分支且与上述两个轴承连通。

6.根据权利要求1～4任一项所述的涡轮压缩机，其特征在于，

上述壳体包括叶轮壳体、电机壳体以及配置于叶轮壳体与电机壳体之间的轴承外壳，

上述轴承外壳具有一个供油口和上述润滑油的供给路，

上述供油路被分支且与上述两个轴承连通。

7.根据权利要求1～6任一项所述的涡轮压缩机，其特征在于，

上述至少两个轴承中的至少一个是正圆滑动轴承。

8.一种冷冻机，其特征在于，

具备权利要求1～7任一项所述的涡轮压缩机、冷凝器、减压装置以及连接上述涡轮压缩机、上述冷凝器、上述减压装置的制冷剂配管。