JP2012144994A - Centrifugal compressor - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a centrifugal compressor having a non-contact seal capable of effectively preventing refrigerant from flowing into a housing when the centrifugal compressor is stopped.SOLUTION: The centrifugal compressor 1 having a non-contact type seal 30 sealing a rotary shaft 21 in a housing 20 housing the gear 26 attaching side of rotating shaft 21 in which an impeller 11 is attached to one end and the gear 26 is attached to the other end, has an operating condition detecting means 50 detecting the operation condition of the centrifugal compressor 1 and a stopping time seal mechanism 40 arranged in the housing 20 in the gear 26 side more than the non-contact type seal 30, being separated from the rotating shaft 21 when the centrifugal compressor 1 is operated, contacting the rotating shaft 21 to seal the shaft when the centrifugal compressor 1 is stopped according to the detection of the operating condition detecting means 50.

Description

本発明は、遠心圧縮機に関し、特に非接触式シールを有する遠心圧縮機に関する。   The present invention relates to a centrifugal compressor, and more particularly to a centrifugal compressor having a non-contact seal.

従来、高速回転する遠心圧縮機の軸封構造として、インペラ回転軸側に設けられる回転環とハウジング側に設けられる固定環とを有する非接触式シールが知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a shaft seal structure of a centrifugal compressor that rotates at high speed, a non-contact seal having a rotary ring provided on an impeller rotary shaft side and a fixed ring provided on a housing side is known.

例えば、特許文献1には、この種の非接触式シールを有する遠心圧縮機として、ロータ室と軸受部との間に回転環と固定環とを有する非接触式シールを設け、この非接触式シールにシールガスを供給する遠心圧縮機の軸封装置が開示されている。   For example, in Patent Document 1, as a centrifugal compressor having such a non-contact type seal, a non-contact type seal having a rotating ring and a fixed ring is provided between the rotor chamber and the bearing portion. A shaft seal device of a centrifugal compressor that supplies a seal gas to a seal is disclosed.

特公平7−69022号公報Japanese Patent Publication No. 7-69022

ところで、上述のような非接触式シールでは、遠心圧縮機の運転時には、表面にスパイラル溝を有する回転環がインペラ回転軸と一体に回転することで、回転環と固定環との間に一定の動圧が作用する。したがって、遠心圧縮機の運転時は所望のシール効果を発揮することができる。しかし、遠心圧縮機の停止時には、回転環の表面のスパイラル溝により回転環と固定環との間に僅かな隙間が生じるため、シール効果を十分に発揮できない可能性がある。   By the way, in the non-contact type seal as described above, when the centrifugal compressor is operated, the rotating ring having the spiral groove on the surface rotates integrally with the impeller rotating shaft, so that a constant amount is provided between the rotating ring and the fixed ring. Dynamic pressure acts. Therefore, a desired sealing effect can be exhibited during operation of the centrifugal compressor. However, when the centrifugal compressor is stopped, a slight gap is generated between the rotating ring and the stationary ring due to the spiral groove on the surface of the rotating ring, so that the sealing effect may not be sufficiently exhibited.

そのため、非接触式シールを有する遠心圧縮機を、例えばヒートポンプの圧縮機として用いた場合、遠心圧縮機の運転時にヒートポンプのループ内の冷媒が回転環と固定環との間の隙間から、インペラ回転軸のギヤ取り付け側を収容するハウジング内へと流れ込む場合がある。   Therefore, when a centrifugal compressor having a non-contact type seal is used as a compressor of a heat pump, for example, the refrigerant in the loop of the heat pump is rotated from the gap between the rotating ring and the stationary ring when the centrifugal compressor is operated. It may flow into the housing that houses the gear mounting side of the shaft.

より具体的には、ヒートポンプの停止直後、すなわち遠心圧縮機が停止した直後は、ヒートポンプのループ内がギヤ側のハウジング内よりも高温・高圧になるので、非接触式シールの両端に圧力差が生じる。そして、圧力差が生じると、ヒートポンプのループ内の冷媒が、インペラ背面から回転環と固定環との間の隙間を通過してギヤ側のハウジング内へと流れ込む可能性がある。   More specifically, immediately after the heat pump stops, that is, immediately after the centrifugal compressor stops, the heat pump loop is at a higher temperature and pressure than the gear-side housing, so there is a pressure difference between both ends of the non-contact seal. Arise. If a pressure difference occurs, the refrigerant in the loop of the heat pump may flow from the back surface of the impeller through the gap between the rotating ring and the stationary ring into the gear-side housing.

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目的は、インペラ回転軸のギヤ取り付け側を収容するハウジングに、インペラ回転軸を軸封する非接触式シールを有する遠心圧縮機において、遠心圧縮機の停止時に冷媒が非接触式シールよりもギヤ側のハウジング内へと流れ込むことを効果的に抑止することにある。   The present invention has been made in view of such a point, and the object thereof is a centrifugal compressor having a non-contact seal that seals the impeller rotary shaft in a housing that houses the gear mounting side of the impeller rotary shaft. This is to effectively prevent the refrigerant from flowing into the gear-side housing from the non-contact seal when the centrifugal compressor is stopped.

上記目的を達成するため、本発明の遠心圧縮機は、一端にインペラが取り付けられるとともに、他端にギヤが取り付けられる回転軸のギヤ取り付け側を収容するハウジングに、該回転軸を軸封する非接触式シールを有する遠心圧縮機であって、前記遠心圧縮機の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記非接触式シールよりもギヤ側の前記ハウジング内に設けられ、前記運転状態検出手段の検出に応じて、前記遠心圧縮機の運転時に前記回転軸から離間し、前記遠心圧縮機の停止時に前記回転軸と接触して軸封する停止時シール機構とを備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a centrifugal compressor according to the present invention has a non-seal that seals the rotary shaft in a housing that houses a gear mounting side of the rotary shaft that has an impeller attached to one end and a gear attached to the other end. A centrifugal compressor having a contact-type seal, wherein the operation state detection means detects an operation state of the centrifugal compressor, and the operation state detection means is provided in the housing on the gear side of the non-contact type seal. In response to the detection, a stop seal mechanism is provided that is separated from the rotary shaft during operation of the centrifugal compressor and that contacts the rotary shaft and seals the shaft when the centrifugal compressor is stopped.

前記停止時シール機構は、前記非接触式シールよりもギヤ取り付け側に位置する前記回転軸の周面に設けられた環状フランジと、前記非接触式シールよりもギヤ側の前記ハウジングの内側面から前記環状フランジに向けて突出するとともに、前記環状フランジとの間に環状空間を形成する環状突起と、前記環状フランジと前記環状突起とに接触して前記環状空間を閉鎖する弁体と、前記弁体を前記環状フランジと前記環状突起とに向けて付勢して接触させる付勢手段と、前記運転状態検出手段の検出に応じて、前記遠心圧縮機の運転時に前記付勢手段の付勢力に抗して前記弁体を前記環状フランジと前記環状突起とから離間させる開弁手段とを備えてもよい。   The stop-time seal mechanism includes an annular flange provided on the peripheral surface of the rotating shaft located on the gear mounting side with respect to the non-contact type seal, and an inner surface of the housing on the gear side with respect to the non-contact type seal. An annular protrusion that protrudes toward the annular flange and forms an annular space with the annular flange; a valve element that contacts the annular flange and the annular protrusion to close the annular space; and the valve Urging means for urging and contacting the body toward the annular flange and the annular protrusion, and the urging force of the urging means during operation of the centrifugal compressor in response to detection by the operating state detecting means. The valve body may be provided with valve opening means that separates the valve body from the annular flange and the annular protrusion.

前記停止時シール機構は、前記弁体と前記環状フランジとの間の接触面をシールする第1シール部材と、前記弁体と前記環状突起との間の接触面をシールする第2シール部材とをさらに備えてもよい。   The stop-time sealing mechanism includes a first seal member that seals a contact surface between the valve body and the annular flange, and a second seal member that seals a contact surface between the valve body and the annular protrusion. May be further provided.

本発明の遠心圧縮機によれば、インペラ回転軸のギヤ取り付け側を収容するハウジングに、インペラ回転軸を軸封する非接触式シールを有する遠心圧縮機において、遠心圧縮機の停止時に冷媒が非接触式シールよりもギヤ側のハウジング内へと流れ込むことを効果的に抑止することができる。   According to the centrifugal compressor of the present invention, in the centrifugal compressor having the non-contact type seal that seals the impeller rotary shaft in the housing that houses the gear mounting side of the impeller rotary shaft, the refrigerant is not in the non-contact state when the centrifugal compressor is stopped. It is possible to effectively suppress the flow into the gear side housing relative to the contact seal.

本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機を示す模式的な部分断面図である。It is a typical fragmentary sectional view showing the centrifugal compressor concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機の要部を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the principal part of the centrifugal compressor which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機の制御内容を示すフローである。It is a flow which shows the control content of the centrifugal compressor which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、図1〜3に基づいて、本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。   Hereinafter, based on FIGS. 1-3, the centrifugal compressor which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated. The same parts are denoted by the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.

本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機1は、例えば100℃〜150℃の熱源を150℃〜180℃に昇温する高温ヒートポンプの遠心圧縮機として用いられるもので、図1に示すように、インペラハウジング部10と、ギヤボックス部(ハウジング)20と、非接触式シール30と、停止時接触シール機構(停止時シール機構)40と、回転数検出センサ(運転状態検出手段)50と、制御部60とを有する。   A centrifugal compressor 1 according to an embodiment of the present invention is used as a centrifugal compressor of a high-temperature heat pump that raises a heat source of, for example, 100 ° C. to 150 ° C. to 150 ° C. to 180 ° C., as shown in FIG. , Impeller housing part 10, gear box part (housing) 20, non-contact seal 30, stop contact seal mechanism (stop seal mechanism) 40, rotation speed detection sensor (operating state detection means) 50, And a control unit 60.

なお、本実施形態において、遠心圧縮機1は高温ヒートポンプに適用されるものとして説明するが、例えば、冷凍機など遠心圧縮機で冷媒を圧縮するあらゆる型式のヒートポンプにも広く適用することができる。   In the present embodiment, the centrifugal compressor 1 is described as being applied to a high-temperature heat pump, but can be widely applied to any type of heat pump that compresses refrigerant with a centrifugal compressor such as a refrigerator.

インペラハウジング部10は、図1に示すように、複数の羽根(不図示)が設けられたインペラ11と、図示しない高温ヒートポンプの蒸発器から冷媒を取り入れる吸入口部12と、インペラ11を収容するインペラ収容部13と、インペラ収容部13に接続された環状のディフューザ流路14と、ディフューザ流路14の外周縁部に接続されたスクロール流路15とを有する。   As shown in FIG. 1, the impeller housing portion 10 houses an impeller 11 provided with a plurality of blades (not shown), a suction port portion 12 for taking in a refrigerant from an evaporator of a high-temperature heat pump (not shown), and the impeller 11. It has an impeller accommodating portion 13, an annular diffuser flow path 14 connected to the impeller accommodating portion 13, and a scroll flow path 15 connected to the outer peripheral edge of the diffuser flow path 14.

インペラ11は、図1に示すように、インペラ回転軸21の端部に取り付けられている。そして、インペラ11は、後述するモータ24の駆動力によりインペラ回転軸21と一体に回転されることで冷媒を径方向の外方へと吐出する。   As shown in FIG. 1, the impeller 11 is attached to an end portion of the impeller rotating shaft 21. And the impeller 11 discharges a refrigerant | coolant to radial outward by rotating integrally with the impeller rotating shaft 21 with the drive force of the motor 24 mentioned later.

吸入口部12は、図1に示すように、インペラハウジング部10の上流側にインペラ11と同軸上に位置して設けられている。また、吸入口部12は、上流側から下流側に向かって開口面積が次第に小さくなるように形成されている。   As shown in FIG. 1, the suction port portion 12 is provided on the upstream side of the impeller housing portion 10 so as to be coaxial with the impeller 11. Further, the suction port 12 is formed so that the opening area gradually decreases from the upstream side toward the downstream side.

インペラ収容部13は、インペラ11を収容するように、上流側から下流側に向かって開口面積が次第に大きくなるように形成されている。また、インペラ収容部13の上流側は吸入口部12と連通する。   The impeller accommodating portion 13 is formed so that the opening area gradually increases from the upstream side toward the downstream side so as to accommodate the impeller 11. Further, the upstream side of the impeller accommodating portion 13 communicates with the suction port portion 12.

環状のディフューザ流路14は、インペラハウジング部10の下流側側部にインペラ収容部13を取り囲むように形成されている。また、ディフューザ流路14の外周縁部には、冷媒を高温ヒートポンプの凝縮器(不図示)へと吐出するスクロール流路15が接続されている。   The annular diffuser channel 14 is formed on the downstream side portion of the impeller housing portion 10 so as to surround the impeller housing portion 13. Further, a scroll passage 15 for discharging the refrigerant to a condenser (not shown) of a high-temperature heat pump is connected to the outer peripheral edge of the diffuser passage 14.

すなわち、インペラハウジング部10は、インペラ11の回転により、高温ヒートポンプの蒸発器から吸入口部12を介して取り入れた冷媒を、ディフューザ流路14からスクロール流路15へと吐出することで圧縮(昇温・昇圧)するように構成されている。   That is, the impeller housing unit 10 compresses (increases) by discharging the refrigerant taken from the evaporator of the high-temperature heat pump through the suction port 12 to the scroll channel 15 by the rotation of the impeller 11. Temperature and pressure increase).

ギヤボックス部(ハウジング)20は、図1に示すように、インペラ回転軸21のギヤ取り付け側を収容するもので、ギヤボックス部20の内側に設けられた一対の軸受22,23と、ギヤボックス部20の側部に取り付けられたモータ24と、インペラ回転軸21に嵌装された従動ギヤ26と、モータ駆動軸25に嵌装された駆動ギヤ27と、モータ駆動軸25を軸封するエラストマ材からなるモータ軸シール28とを有する。   As shown in FIG. 1, the gear box portion (housing) 20 accommodates the gear mounting side of the impeller rotary shaft 21, and includes a pair of bearings 22 and 23 provided inside the gear box portion 20, and a gear box. Motor 24 attached to the side of portion 20, driven gear 26 fitted to impeller rotary shaft 21, drive gear 27 fitted to motor drive shaft 25, and elastomer that seals motor drive shaft 25. And a motor shaft seal 28 made of a material.

インペラ回転軸21は、図1に示すように、一対の軸受22,23によってギヤボックス部20内に回転自在に軸支されている。また、一対の軸受22,23の間に位置するインペラ回転軸21には、駆動ギヤ27と噛合する従動ギヤ26が嵌装されている。また、軸受22とインペラ11との間に位置するインペラ回転軸21の周面には、後述する非接触式シール30の一部を構成する回転環31が取り付けられる突起部21bが形成されている。さらに、突起部21bと軸受22との間に位置するインペラ回転軸21の周面には、後述する停止時接触シール機構40の一部を構成する環状フランジ21aが形成されている。   As shown in FIG. 1, the impeller rotating shaft 21 is rotatably supported in the gear box portion 20 by a pair of bearings 22 and 23. A driven gear 26 that meshes with the drive gear 27 is fitted to the impeller rotary shaft 21 located between the pair of bearings 22 and 23. Further, on the peripheral surface of the impeller rotating shaft 21 positioned between the bearing 22 and the impeller 11, a protruding portion 21 b is formed to which a rotating ring 31 constituting a part of a non-contact type seal 30 described later is attached. . Further, an annular flange 21a that constitutes a part of a stop-time contact seal mechanism 40, which will be described later, is formed on the peripheral surface of the impeller rotary shaft 21 located between the protrusion 21b and the bearing 22.

モータ24のモータ駆動軸25は、図1に示すように、ギヤボックス部20の側部から挿通され、図示しない軸受によって回転自在に軸支されている。また、モータ駆動軸25には、従動ギヤ26よりも大径に形成された駆動ギヤ27が嵌装されている。また、モータ駆動軸25が挿通されるギヤボックス部20の側部には、モータ駆動軸25を軸封するモータ軸シール28が設けられている。なお、ギヤボックス部20の内部では、噛合する従動ギヤ26と駆動ギヤ27との摩耗を抑制するため潤滑油が噴射されている。   As shown in FIG. 1, the motor drive shaft 25 of the motor 24 is inserted from the side of the gear box portion 20 and is rotatably supported by a bearing (not shown). The motor drive shaft 25 is fitted with a drive gear 27 having a larger diameter than the driven gear 26. A motor shaft seal 28 that seals the motor drive shaft 25 is provided on the side of the gear box portion 20 through which the motor drive shaft 25 is inserted. In addition, in the gear box part 20, lubricating oil is injected in order to suppress wear of the driven gear 26 and the driving gear 27 that mesh with each other.

非接触式シール30は、図1に示すように、インペラ11の背面に隣接するギヤボックス部20内に設けられている。また、非接触式シール30は、インペラ回転軸21側に設けられた回転環31とギヤボックス部20側に設けられた固定環32とを有する。   As shown in FIG. 1, the non-contact type seal 30 is provided in the gear box portion 20 adjacent to the back surface of the impeller 11. Further, the non-contact seal 30 includes a rotary ring 31 provided on the impeller rotary shaft 21 side and a fixed ring 32 provided on the gear box portion 20 side.

回転環31は、突起部21bを介してインペラ回転軸21に固定されている。一方、固定環32は、ギヤボックス部20の内側に形成された取付部20bに図示しないコイルバネを介して軸方向に移動可能に取り付けられている。また、固定環32と対向する回転環31の側面には、図示しない複数のスパイラル溝が設けられている。   The rotary ring 31 is fixed to the impeller rotary shaft 21 via the protrusion 21b. On the other hand, the stationary ring 32 is attached to an attachment portion 20b formed inside the gear box portion 20 so as to be movable in the axial direction via a coil spring (not shown). A plurality of spiral grooves (not shown) are provided on the side surface of the rotating ring 31 that faces the fixed ring 32.

すなわち、非接触式シール30は、回転環31がインペラ回転軸21と一体に回転すると、複数のスパイラル溝により回転環31と固定環32との間に動圧が作用してインペラ回転軸21を軸封するように構成されている。この動圧は、コイルバネの付勢力に抗して固定環32を回転環31から離間させる。一方、インペラ回転軸21の停止時は、回転環31と固定環32とはコイルバネの付勢力により接触する。この接触した状態で、回転環31と固定環32との間にはスパイラル溝による僅かな隙間が存在する。   That is, when the rotating ring 31 rotates integrally with the impeller rotating shaft 21, the non-contact type seal 30 causes dynamic pressure to act between the rotating ring 31 and the fixed ring 32 by the plurality of spiral grooves, thereby preventing the impeller rotating shaft 21 from moving. It is configured to seal the shaft. This dynamic pressure separates the stationary ring 32 from the rotating ring 31 against the biasing force of the coil spring. On the other hand, when the impeller rotating shaft 21 is stopped, the rotating ring 31 and the stationary ring 32 come into contact with each other by the biasing force of the coil spring. In this contacted state, a slight gap due to the spiral groove exists between the rotating ring 31 and the fixed ring 32.

停止時接触シール機構40は、図2(a),(b)に示すように、円筒の中空部を有するシール本体41と、環状の弁体42と、スプリング(付勢手段)43と、押さえ板(開弁手段)44とを有する。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the stop-time contact seal mechanism 40 includes a seal body 41 having a cylindrical hollow portion, an annular valve body 42, a spring (biasing means) 43, and a presser. And a plate (valve opening means) 44.

シール本体41は、図2(a),(b)に示すように、中空部にインペラ回転軸21を挿通した状態で、非接触式シール30と軸受22との間のギヤボックス部20内に嵌装されている。また、非接触式シール30側(図中X方向側)に位置するシール本体41の内周面の一端部には、環状フランジ21aの頂部に向けて径方向の内方に突出する環状突起41aが設けられている。この環状突起41aの頂部と環状フランジ21aの頂部との間には、環状空間45が形成されている。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the seal body 41 is placed in the gear box portion 20 between the non-contact seal 30 and the bearing 22 with the impeller rotary shaft 21 inserted through the hollow portion. It is fitted. An annular protrusion 41a projecting radially inward toward the top of the annular flange 21a is formed at one end of the inner peripheral surface of the seal body 41 located on the non-contact seal 30 side (X direction side in the drawing). Is provided. An annular space 45 is formed between the top of the annular protrusion 41a and the top of the annular flange 21a.

一方、軸受22側(図中Y方向側)に位置するシール本体41の内周面の他端部には、インペラ回転軸21に向けて径方向の内方に突出する支持突起41bが設けられている。この支持突起41bの側部には、スプリング43の一端が係止されている。   On the other hand, a support protrusion 41 b that protrudes inward in the radial direction toward the impeller rotary shaft 21 is provided at the other end portion of the inner peripheral surface of the seal body 41 located on the bearing 22 side (Y direction side in the drawing). ing. One end of the spring 43 is locked to the side portion of the support protrusion 41b.

また、シール本体41の内部には、図2(a),(b)に示すように、インペラ回転軸21の軸方向(図中X−Y方向)に延びる環状スロット41cが形成されている。この環状スロット41cには、後述する押さえ板44の外周側部44bが摺動可能に挿入される。さらに、環状スロット41cに隣接するシール本体41の内部には、後述する制御部60によって励磁・消磁をコントロールされる電磁石46が設けられている。   Further, as shown in FIGS. 2A and 2B, an annular slot 41 c extending in the axial direction of the impeller rotating shaft 21 (XY direction in the drawing) is formed inside the seal body 41. An outer peripheral side portion 44b of a pressing plate 44 described later is slidably inserted into the annular slot 41c. Further, an electromagnet 46 whose excitation / demagnetization is controlled by a control unit 60 described later is provided inside the seal body 41 adjacent to the annular slot 41c.

環状の弁体42は、図2(a),(b)に示すように、インペラ回転軸21を遊挿した状態で、シール本体41の中空部に摺動自在に収容されている。また、支持突起41bの側部と対向する弁体42の環状側部には、スプリング43の他端が係止されている。すなわち、弁体42は、弁体42と支持突起41bとの間に設けられたスプリング43により、環状フランジ21aと環状突起41aとに向けて付勢されている。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the annular valve body 42 is slidably accommodated in the hollow portion of the seal body 41 with the impeller rotary shaft 21 loosely inserted. Further, the other end of the spring 43 is engaged with the annular side portion of the valve body 42 facing the side portion of the support protrusion 41b. That is, the valve body 42 is urged toward the annular flange 21a and the annular protrusion 41a by the spring 43 provided between the valve body 42 and the support protrusion 41b.

また、図2(a),(b)に示すように、環状フランジ21aの側部と対向する弁体42の環状側部には、弁体42と環状フランジ21aとの間の接触面をシールするリング状の内側シール部材(第1シール部材)48が設けられている。さらに、環状突起41aの側部と対向する弁体42の環状側部には、弁体42と環状突起41aとの間の接触面をシールするリング状の外側シール部材(第2シール部材)47が設けられている。すなわち、環状空間45は、弁体42がスプリング43の付勢力により環状フランジ21aと環状突起41aとに接触し、かつ外側シール部材47と内側シール部材48とが接触面をシールすることで閉鎖されるように構成されている(図2(b)参照)。   Further, as shown in FIGS. 2A and 2B, the contact surface between the valve body 42 and the annular flange 21a is sealed on the annular side part of the valve body 42 facing the side part of the annular flange 21a. A ring-shaped inner seal member (first seal member) 48 is provided. Further, a ring-shaped outer seal member (second seal member) 47 that seals the contact surface between the valve body 42 and the annular protrusion 41a is provided on the annular side part of the valve body 42 that faces the side part of the annular protrusion 41a. Is provided. That is, the annular space 45 is closed when the valve body 42 contacts the annular flange 21a and the annular protrusion 41a by the biasing force of the spring 43, and the outer seal member 47 and the inner seal member 48 seal the contact surfaces. (See FIG. 2B).

押さえ板44は、図2(a),(b)に示すように、環状側部44aと、環状側部44aの外周縁から軸方向に延設された外周側部44bと、環状側部44aの内周縁から軸方向に延設された内周側部44cとを有する。また、外周側部44bは環状スロット41cに摺動可能に挿入され、内周側部44cは環状空間45に挿通されている。そして、押さえ板44は、電磁石46が励磁されると、支持突起41b側(図中Y方向)へと移動する。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the holding plate 44 includes an annular side portion 44a, an outer peripheral side portion 44b extending in the axial direction from the outer peripheral edge of the annular side portion 44a, and an annular side portion 44a. And an inner peripheral side portion 44c extending in the axial direction from the inner peripheral edge. The outer peripheral side portion 44 b is slidably inserted into the annular slot 41 c, and the inner peripheral side portion 44 c is inserted into the annular space 45. Then, when the electromagnet 46 is excited, the pressing plate 44 moves to the support protrusion 41b side (Y direction in the figure).

すなわち、停止時接触シール機構40は、電磁石46が励磁されると、押さえ板44がスプリング43の付勢力に抗して弁体42を支持突起41b側(図中Y方向)へと押動することで、環状空間45を開放するように構成されている(図2(a)参照)。この時、弁体42と内側シール部材48とは、環状フランジ21aから離間されるので、停止時接触シール機構40とインペラ回転軸21とは非接触状態となる。   That is, when the electromagnet 46 is excited, the stop-time contact seal mechanism 40 pushes the valve body 42 toward the support protrusion 41b (Y direction in the figure) against the urging force of the spring 43. Thus, the annular space 45 is configured to be opened (see FIG. 2A). At this time, since the valve body 42 and the inner seal member 48 are separated from the annular flange 21a, the contact seal mechanism 40 at the time of stop and the impeller rotary shaft 21 are in a non-contact state.

一方、停止時接触シール機構40は、電磁石46が消磁されると、押さえ板44による弁体42の押動を解除するとともに、弁体42をスプリング43の付勢力により環状突起41a側(図中X方向側)へと移動させる。そして、弁体42が環状フランジ21aと環状突起41aとに接触し、かつ外側シール部材47と内側シール部材48とが接触面をシールして環状空間45を閉鎖することで、インペラ回転軸21を軸封するように構成されている(図2(b)参照)。   On the other hand, when the electromagnet 46 is demagnetized, the contact seal mechanism 40 at the time of stop releases the pushing of the valve body 42 by the pressing plate 44, and the valve body 42 is moved to the annular protrusion 41a side by the urging force of the spring 43 (in the drawing). X direction side). And the valve body 42 contacts the annular flange 21a and the annular projection 41a, and the outer seal member 47 and the inner seal member 48 seal the contact surface to close the annular space 45, so that the impeller rotary shaft 21 is closed. It is comprised so that a shaft may be sealed (refer FIG.2 (b)).

回転数検出センサ50は、図1に示すように、非接触式シール30と停止時接触シール機構40との間のギヤボックス部20内に設けられている。この回転数検出センサ50は、インペラ回転軸21の回転数を検出して後述する制御部60に出力するもので、制御部60と電気配線を介して接続されている。なお、運転状態検出手段として、回転数検出センサ50に替えて、固定環32の回転環31に対する位置を検出する固定環位置検出センサ(不図示)を適用してもよい。   As shown in FIG. 1, the rotation speed detection sensor 50 is provided in the gear box portion 20 between the non-contact type seal 30 and the contact seal mechanism 40 when stopped. The rotational speed detection sensor 50 detects the rotational speed of the impeller rotary shaft 21 and outputs the rotational speed to the control unit 60 described later, and is connected to the control unit 60 via electrical wiring. In addition, as a driving | running state detection means, it replaces with the rotation speed detection sensor 50, and you may apply the stationary ring position detection sensor (not shown) which detects the position with respect to the rotation ring 31 of the stationary ring 32. FIG.

制御部60は、公知のCPUやROM、RAM、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。また、制御部60には、回転数検出センサ50の出力信号と圧縮機起動盤からの起動信号とがA/D変換された後に入力される。また、制御部60は、図1に示すように、運転状態判定部61と、電磁石制御部62とを一部の機能要素として有する。   The control unit 60 includes a known CPU, ROM, RAM, input port, output port, and the like. Further, the output signal of the rotation speed detection sensor 50 and the start signal from the compressor start panel are input to the control unit 60 after A / D conversion. Moreover, the control part 60 has the driving | running state determination part 61 and the electromagnet control part 62 as a one part function element, as shown in FIG.

運転状態判定部61は、回転数検出センサ50の出力値と起動信号の出力値とに基づいて、遠心圧縮機1の運転状態を判定する。具体的には、回転数検出センサ50の出力値(以下、回転数Nともいう)が0(ゼロ)よりも大きい時は、遠心圧縮機1の運転状態を運転中と判定する。一方、回転数検出センサ50の出力値(回転数N)が0(ゼロ)の時は、遠心圧縮機1の運転状態を停止中と判定する。   The operation state determination unit 61 determines the operation state of the centrifugal compressor 1 based on the output value of the rotation speed detection sensor 50 and the output value of the start signal. Specifically, when the output value of the rotation speed detection sensor 50 (hereinafter also referred to as the rotation speed N) is greater than 0 (zero), the operation state of the centrifugal compressor 1 is determined as being in operation. On the other hand, when the output value (rotational speed N) of the rotational speed detection sensor 50 is 0 (zero), it is determined that the operation state of the centrifugal compressor 1 is stopped.

なお、回転数検出センサ50に替えて固定環位置検出センサを用いる場合は、回転環31と固定環32とが接触状態の時に遠心圧縮機1の運転状態を停止中と判定し、回転環31と固定環32とが離間する非接触状態の時に遠心圧縮機1の運転状態を運転中と判定すればよい。   When a stationary ring position detection sensor is used instead of the rotational speed detection sensor 50, it is determined that the operation state of the centrifugal compressor 1 is stopped when the rotating ring 31 and the stationary ring 32 are in contact with each other, and the rotating ring 31 is used. What is necessary is just to determine that the driving | running state of the centrifugal compressor 1 is driving | operating at the time of the non-contact state to which 1 and the stationary ring 32 separate.

電磁石制御部62は、運転状態判定部61の判定結果に応じて、電磁石46の励磁・消磁をコントロールする。具体的には、遠心圧縮機1の運転状態が運転中と判定された場合は、電磁石制御部62は電磁石46を励磁する制御信号を出力する。すなわち、電磁石46が通電されることで、弁体42は押さえ板44によって支持突起部41b側へと押動される。そして、弁体42が環状フランジ21aと環状突起41aとから離間することで、インペラ回転軸21の軸封は開放される(図2(a)参照)。   The electromagnet controller 62 controls the excitation / demagnetization of the electromagnet 46 according to the determination result of the operation state determination unit 61. Specifically, when it is determined that the operation state of the centrifugal compressor 1 is in operation, the electromagnet controller 62 outputs a control signal for exciting the electromagnet 46. That is, when the electromagnet 46 is energized, the valve element 42 is pushed toward the support protrusion 41b by the pressing plate 44. And the shaft seal of the impeller rotating shaft 21 is open | released because the valve body 42 spaces apart from the annular flange 21a and the annular protrusion 41a (refer Fig.2 (a)).

一方、遠心圧縮機1の運転状態が停止中と判定された場合は、電磁石制御部62は電磁石46を消磁する制御信号を出力する。すなわち、電磁石46が消磁されることで、押さえ板44による弁体42の押動は解除される。そして、弁体42が環状フランジ21aと環状突起41aとに接触し、かつ外側シール部材47と内側シール部材48とが接触面をシールして環状空間45を閉鎖することで、インペラ回転軸21は軸封される(図2(b)参照)。   On the other hand, when it is determined that the operating state of the centrifugal compressor 1 is stopped, the electromagnet controller 62 outputs a control signal for demagnetizing the electromagnet 46. That is, when the electromagnet 46 is demagnetized, the pushing of the valve body 42 by the pressing plate 44 is released. Then, the valve body 42 comes into contact with the annular flange 21a and the annular protrusion 41a, and the outer seal member 47 and the inner seal member 48 seal the contact surfaces to close the annular space 45, whereby the impeller rotary shaft 21 is The shaft is sealed (see FIG. 2B).

本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機1は、以上のように構成されているので、例えば図3に示すフローに従って以下のような制御が行われる。   Since the centrifugal compressor 1 according to an embodiment of the present invention is configured as described above, for example, the following control is performed according to the flow shown in FIG.

ステップ(以下、ステップを単にSと記載する)90では、圧縮機起動盤からの起動信号に基づいて遠心圧縮機1の起動判定が実施される。遠心圧縮機1が起動していないと判定された場合は、S100で運転状態判定部61に回転数検出センサ50によって検出されたインペラ回転軸21の回転数Nが読み込まれる。なお、固定環位置検出センサを用いる場合は、固定環32の回転環31に対する位置L1が検出されて読み込まれる。一方、遠心圧縮機1が起動していると判定された場合はS120へと進む。 In step (hereinafter, the step is simply referred to as S) 90, the start determination of the centrifugal compressor 1 is performed based on the start signal from the compressor start panel. When it is determined that the centrifugal compressor 1 is not activated, the rotational speed N of the impeller rotary shaft 21 detected by the rotational speed detection sensor 50 is read into the operating state determination unit 61 in S100. When the stationary ring position detection sensor is used, the position L 1 of the stationary ring 32 with respect to the rotating ring 31 is detected and read. On the other hand, when it is determined that the centrifugal compressor 1 is activated, the process proceeds to S120.

S110では、運転状態判定部61によって、遠心圧縮機1の運転状態が確認される。S100で読み込まれた回転数Nが0(ゼロ)よりも大きい場合(N>0)は、遠心圧縮機1の運転状態を運転中と判定してS120へと進む。一方、S100で読み込まれた回転数Nが0(ゼロ)の場合(N=0)は、遠心圧縮機1の運転状態を停止中と判定してS130へと進む。   In S <b> 110, the operation state of the centrifugal compressor 1 is confirmed by the operation state determination unit 61. When the rotation speed N read in S100 is larger than 0 (N> 0) (N> 0), the operation state of the centrifugal compressor 1 is determined to be in operation, and the process proceeds to S120. On the other hand, when the rotation speed N read in S100 is 0 (N = 0), it is determined that the operation state of the centrifugal compressor 1 is stopped, and the process proceeds to S130.

なお、固定環位置検出センサを用いる場合は、固定環32の回転環31に対する変位量L2を算出すべく、回転環31と固定環32との初期状態の最大距離L0からS100で読み込まれた固定環32の位置L1が減算される(L2=L0−L1)。そして、変位量L2が0(ゼロ)よりも大きい場合は、遠心圧縮機1の運転状態を運転中と判定する。一方、変位量L2が0(ゼロ)の場合は、遠心圧縮機1の運転状態を停止中と判定する。 When the stationary ring position detection sensor is used, in order to calculate the displacement L 2 of the stationary ring 32 with respect to the rotating ring 31, the initial distance L 0 between the rotating ring 31 and the stationary ring 32 is read at S 100. The position L 1 of the stationary ring 32 is subtracted (L 2 = L 0 −L 1 ). When the displacement L 2 is larger than 0 (zero), it is determined that the operation state of the centrifugal compressor 1 is in operation. On the other hand, when the displacement L 2 is 0 (zero), it is determined that the operation state of the centrifugal compressor 1 is stopped.

S120では、電磁石制御部62により電磁石46が励磁される。すなわち、押さえ板44が弁体42を押動し、弁体42が環状フランジ21aと環状突起41aとから離間されて本制御はリターンされる。   In S <b> 120, the electromagnet 46 is excited by the electromagnet controller 62. That is, the holding plate 44 pushes the valve body 42, the valve body 42 is separated from the annular flange 21a and the annular protrusion 41a, and this control is returned.

一方、S130では、S110で遠心圧縮機1の運転状態が停止中と判定されたことを受けて、電磁石制御部62により電磁石46が消磁される。すなわち、押さえ板44による弁体42の押動が解除され、弁体42が環状フランジ21aと環状突起41aとに接触し、かつ外側シール部材47と内側シール部材48とが接触面をシールして本制御はリターンされる。   On the other hand, in S130, the electromagnet 46 is demagnetized by the electromagnet controller 62 in response to the determination that the operation state of the centrifugal compressor 1 is stopped in S110. In other words, the pushing of the valve body 42 by the holding plate 44 is released, the valve body 42 contacts the annular flange 21a and the annular protrusion 41a, and the outer seal member 47 and the inner seal member 48 seal the contact surface. This control is returned.

上述のような構成により、本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機1によれば以下のような作用・効果を奏する。   With the configuration as described above, the centrifugal compressor 1 according to one embodiment of the present invention has the following operations and effects.

遠心圧縮機1が停止した直後は、高温ヒートポンプのループ内がギヤボックス部20内よりも高温・高圧となり、ループ内の冷媒は、非接触式シール30の回転環31と固定環32との間の僅かな隙間を通って非接触式シール30よりもギヤ26側のギヤボックス部20内へと流れ込もうとする。   Immediately after the centrifugal compressor 1 is stopped, the inside of the loop of the high-temperature heat pump becomes higher in temperature and pressure than in the gear box portion 20, and the refrigerant in the loop is between the rotating ring 31 and the stationary ring 32 of the non-contact type seal 30. Through the slight gap, the air tends to flow into the gear box portion 20 on the gear 26 side of the non-contact type seal 30.

ここで、本実施形態に係る遠心圧縮機1では、遠心圧縮機1が停止すると、電磁石46が消磁されて、押さえ板44による弁体42の押動は解除される。そして、弁体42がスプリング43の付勢力により環状フランジ21aと環状突起41aとに接触し、かつ外側シール部材47と内側シール部材48とが接触面をシールして環状空間45を閉鎖することで、インペラ回転軸21は軸封される。   Here, in the centrifugal compressor 1 according to the present embodiment, when the centrifugal compressor 1 is stopped, the electromagnet 46 is demagnetized and the pushing of the valve body 42 by the pressing plate 44 is released. Then, the valve body 42 comes into contact with the annular flange 21a and the annular projection 41a by the biasing force of the spring 43, and the outer seal member 47 and the inner seal member 48 seal the contact surface to close the annular space 45. The impeller rotary shaft 21 is sealed.

したがって、停止時接触シール機構40によって、遠心圧縮機1の停止と同時にインペラ回転軸21が確実に軸封されるので、冷媒が低圧側である非接触式シール30よりもギヤ26側のギヤボックス部20内に流れ込むことを効果的に抑止することができる。   Therefore, since the impeller rotary shaft 21 is reliably sealed simultaneously with the stop of the centrifugal compressor 1 by the stop contact seal mechanism 40, the gear box on the gear 26 side than the non-contact seal 30 on which the refrigerant is on the low pressure side. The flow into the portion 20 can be effectively suppressed.

また、冷媒の非接触式シール30よりもギヤ26側のギヤボックス部20内への流れ込みが抑止されるので、例えば、ヒートポンプに潤滑油への溶融性が高い冷媒や、シールとして用いられるエラストマ材への浸食性が高い冷媒を用いた場合においても、冷媒の溶融による潤滑油の劣化や、冷媒の浸食によるモータ軸シール28の劣化を効果的に防止することができる。   Further, since the refrigerant is prevented from flowing into the gear box portion 20 on the gear 26 side relative to the non-contact type seal 30, for example, a refrigerant that is highly meltable in lubricating oil in a heat pump or an elastomer material used as a seal Even when a highly erodible refrigerant is used, it is possible to effectively prevent the deterioration of the lubricating oil due to the melting of the refrigerant and the deterioration of the motor shaft seal 28 due to the erosion of the refrigerant.

また、インペラ回転軸21は、遠心圧縮機1の運転時は非接触式シール30で軸封され、遠心圧縮機1の停止時は停止時接触シール機構40で確実に軸封される。   The impeller rotary shaft 21 is sealed with a non-contact seal 30 when the centrifugal compressor 1 is in operation, and is reliably sealed with a stop-time contact seal mechanism 40 when the centrifugal compressor 1 is stopped.

したがって、ギヤボックス部20やモータ軸シール28に不具合が発生した場合においても、非接触式シール30よりもギヤ26側のギヤボックス部20内から高温ヒートポンプのループ内に空気や潤滑油が漏出することを効果的に防止することができる。   Therefore, even when a malfunction occurs in the gear box portion 20 or the motor shaft seal 28, air or lubricating oil leaks from the gear box portion 20 closer to the gear 26 than the non-contact seal 30 into the loop of the high-temperature heat pump. This can be effectively prevented.

また、停止時接触シール機構40は、非接触式シール30にシールガス等を供給することなく、シール本体41、弁体42、スプリング43、押さえ板44等の簡素な構成でインペラ回転軸21を確実に軸封することができるので、遠心圧縮機1のメンテナンスや管理の容易化も図られる。   Further, the contact seal mechanism 40 at the time of stopping does not supply the seal gas or the like to the non-contact type seal 30, and the impeller rotary shaft 21 is configured with a simple configuration such as the seal body 41, the valve body 42, the spring 43, and the pressing plate 44. Since the shaft can be reliably sealed, maintenance and management of the centrifugal compressor 1 can be facilitated.

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。   In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can change suitably and can implement.

上述の実施形態において、外側シール部材47と内側シール部材48とは弁体42の環状側部に設けられるものとして説明したが、内側シール部材48を環状フランジ21aの側部に設け、外側シール部材47を環状突起41aの側部に設けてもよい。   In the above-described embodiment, the outer seal member 47 and the inner seal member 48 have been described as being provided on the annular side portion of the valve body 42. However, the inner seal member 48 is provided on the side portion of the annular flange 21a, and the outer seal member is provided. 47 may be provided on the side of the annular protrusion 41a.

また、付勢手段は必ずしもスプリング43である必要はなく、弁体42を付勢するものであれば、板バネや油圧シリンダなどを適用してもよい。付勢手段に油圧シリンダを用いる場合は、開弁手段と兼用することもできる。   Further, the biasing means is not necessarily the spring 43, and a leaf spring, a hydraulic cylinder, or the like may be applied as long as it biases the valve body 42. When a hydraulic cylinder is used as the biasing means, it can also be used as the valve opening means.

1 遠心圧縮機
11 インペラ
20 ギヤボックス部(ハウジング)
21 インペラ回転軸(回転軸)
21a 環状フランジ
30 非接触式シール
40 停止時接触シール機構(停止時シール機構)
41a 環状突起
42 弁体
43 スプリング(付勢手段)
44 押さえ板(開弁手段)
50 回転数検出センサ(運転状態検出手段)
1 Centrifugal Compressor 11 Impeller 20 Gearbox (Housing)
21 Impeller rotating shaft (Rotating shaft)
21a Annular flange 30 Non-contact seal 40 Stop contact seal mechanism (stop seal mechanism)
41a annular projection 42 valve element 43 spring (biasing means)
44 Holding plate (Valve opening means)
50 Rotational speed detection sensor (operating state detection means)

Claims (3)

一端にインペラが取り付けられるとともに、他端にギヤが取り付けられる回転軸のギヤ取り付け側を収容するハウジングに、該回転軸を軸封する非接触式シールを有する遠心圧縮機であって、
前記遠心圧縮機の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記非接触式シールよりもギヤ側の前記ハウジング内に設けられ、前記運転状態検出手段の検出に応じて、前記遠心圧縮機の運転時に前記回転軸から離間し、前記遠心圧縮機の停止時に前記回転軸と接触して軸封する停止時シール機構と、を備える
ことを特徴とする遠心圧縮機。
A centrifugal compressor having a non-contact seal that seals the rotating shaft in a housing that houses a gear mounting side of the rotating shaft that has an impeller attached to one end and a gear attached to the other end,
An operation state detecting means for detecting an operation state of the centrifugal compressor;
Provided in the housing on the gear side with respect to the non-contact type seal, separated from the rotating shaft during operation of the centrifugal compressor according to detection of the operation state detection means, and when the centrifugal compressor is stopped A centrifugal compressor characterized by comprising: a sealing mechanism for stopping when the shaft is sealed in contact with the rotating shaft.
前記停止時シール機構は、
前記非接触式シールよりもギヤ取り付け側に位置する前記回転軸の周面に設けられた環状フランジと、
前記非接触式シールよりもギヤ側の前記ハウジングの内側面から前記環状フランジに向けて突出するとともに、前記環状フランジとの間に環状空間を形成する環状突起と、
前記環状フランジと前記環状突起とに接触して前記環状空間を閉鎖する弁体と、
前記弁体を前記環状フランジと前記環状突起とに向けて付勢して接触させる付勢手段と、
前記運転状態検出手段の検出に応じて、前記遠心圧縮機の運転時に前記付勢手段の付勢力に抗して前記弁体を前記環状フランジと前記環状突起とから離間させせる開弁手段と、を備える
ことを特徴とする請求項1記載の遠心圧縮機。
The stopping seal mechanism is
An annular flange provided on the peripheral surface of the rotating shaft located on the gear mounting side with respect to the non-contact type seal;
An annular protrusion that protrudes from the inner surface of the housing closer to the gear than the non-contact seal toward the annular flange, and forms an annular space between the annular flange;
A valve body that contacts the annular flange and the annular protrusion to close the annular space;
Biasing means for biasing and contacting the valve body toward the annular flange and the annular projection;
A valve opening means for separating the valve body from the annular flange and the annular protrusion against the urging force of the urging means during operation of the centrifugal compressor in response to detection of the operating state detecting means; The centrifugal compressor according to claim 1, comprising:
前記停止時シール機構は、
前記弁体と前記環状フランジとの間の接触面をシールする第1シール部材と、
前記弁体と前記環状突起との間の接触面をシールする第2シール部材と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項2記載の遠心圧縮機。
The stopping seal mechanism is
A first seal member for sealing a contact surface between the valve body and the annular flange;
The centrifugal compressor according to claim 2, further comprising: a second seal member that seals a contact surface between the valve body and the annular protrusion.
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