JP2017089492A - Turbo compressor and turbo refrigerator having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機、これを備えたターボ冷凍装置に関するものである。 The present invention relates to a turbo compressor that compresses a refrigerant and a turbo refrigeration apparatus including the same.
地域冷暖房の熱源等に使用されているターボ冷凍装置に組み込まれているターボ圧縮機において、例えば、特許文献1,2に開示されているように、電動機の回転を増速ギアにより増速させてタービン軸を駆動するものがある。即ち、電動機の駆動軸に設けられた駆動ギア(大ギア)と、タービン軸に設けられた従動ギア(小ギア)とが噛み合わされ、駆動軸の回転が増速されてタービン軸に伝達されるものである。
In a turbo compressor incorporated in a turbo refrigeration system used as a heat source for district heating and cooling, for example, as disclosed in
この場合、タービン軸においては、従動ギアの両側の位置が転がり軸受によって軸支され、駆動ギアから付与されるラジアル荷重が支持される。また、駆動ギアと従動ギアは噛み合い騒音低減ためにヘリカルギア(はすば歯車)とされるため、その噛み合い時にタービン軸にアキシャル荷重(スラスト荷重)が加わる。 In this case, in the turbine shaft, the positions on both sides of the driven gear are pivotally supported by the rolling bearing, and the radial load applied from the drive gear is supported. Further, since the drive gear and the driven gear are helical gears (helical gears) for reducing meshing noise, an axial load (thrust load) is applied to the turbine shaft during the meshing.
特許文献1に記載のターボ圧縮機では、タービン軸のラジアル荷重を深溝玉軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受のいずれか、もしくはこれらを併用して支持しており、アキシャル荷重を上記の深溝玉軸受か円錐ころ軸受によって支持している。即ち、深溝玉軸受と円錐ころ軸受にラジアル荷重とアキシャル荷重の両方を支持させている。
In the turbo compressor described in
特許文献2に記載のターボ圧縮機では、タービン軸を複数のアンギュラ玉軸受によって支持しており、これらのアンギュラ玉軸受にタービン軸のラジアル荷重とアキシャル荷重の両方を支持させている。
In the turbo compressor described in
深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受は、定常運転条件下、即ち増速ギアにおいて発生する摩擦熱の入熱によってタービン軸が温まり、軸受の内輪と外輪と玉の温度が均一に昇温した状態で、内外輪と玉との間の隙間、つまり軸受内部隙間がほぼゼロとなるように、予めの軸受内部隙間が設定されている。 Deep groove ball bearings and angular contact ball bearings are in steady operating conditions, that is, with the turbine shaft warmed by the heat input of frictional heat generated in the speed increasing gear, and the temperature of the inner ring, outer ring, and balls of the bearing are raised uniformly, The bearing internal clearance is set in advance so that the clearance between the inner and outer rings and the ball, that is, the bearing internal clearance is substantially zero.
このように、定常運転条件下での軸受内部隙間がゼロになるようにすれば、タービン軸のラジアル方向の支持剛性が高められる。これにより、タービン軸のラジアル方向への振れが小さくなるため、タービン軸に設けられたタービン翼と、ケーシングに形成された圧縮通路との間の隙間を最小限に設定し、圧縮冷媒の漏れを最小化して高効率化を図ることができる。 Thus, if the bearing internal clearance under steady operating conditions is made zero, the support rigidity in the radial direction of the turbine shaft can be increased. As a result, the radial vibration of the turbine shaft is reduced, so that the gap between the turbine blade provided on the turbine shaft and the compression passage formed in the casing is set to a minimum, and the leakage of the compressed refrigerant is prevented. High efficiency can be achieved by minimizing.
しかしながら、室温状態にあるターボ圧縮機を予熱なく始動させて定常運転まで昇速させる運転条件下においては、図8に示すように、運転開始から定常運転に到達するまでの間に、増速ギアからの入熱によって先ず軸受の内輪が昇温し、遅れて外輪が昇温する。 However, under the operating conditions in which the turbo compressor in the room temperature state is started without preheating and the speed is increased to the steady operation, as shown in FIG. First, the inner ring of the bearing rises in temperature due to heat input from, and the outer ring rises in temperature with a delay.
このため、一時的に内輪の温度が外輪の温度よりも高くなり、内輪のみが熱膨張することによって軸受内部隙間がゼロ未満となる。この時、玉が潰れる(変形する)ことで発熱し、熱膨張するため、さらに軸受内部隙間がきつくなり、回転抵抗が増大し、ひいては軸受の損傷を引き起こす虞がある。 For this reason, the temperature of the inner ring temporarily becomes higher than the temperature of the outer ring, and only the inner ring thermally expands, so that the bearing internal clearance becomes less than zero. At this time, when the balls are crushed (deformed), they generate heat and thermally expand, so that the inner clearance of the bearing becomes tighter, the rotational resistance increases, and eventually the bearing may be damaged.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、タービン軸のラジアル方向の支持構成を高めて圧縮効率を高めるとともに、運転開始から定常運転に入るまでの間にタービン軸の軸受内部隙間が過小になることを抑制してタービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷を防止することができるターボ圧縮機、これを備えたターボ冷凍装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and enhances the radial support structure of the turbine shaft to increase the compression efficiency. It is an object of the present invention to provide a turbo compressor that can prevent an increase in rotational resistance of a turbine shaft and damage to a bearing by suppressing the gap from becoming too small, and a turbo refrigeration apparatus including the turbo compressor.
上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明の第1態様に係るターボ圧縮機は、駆動ギアが設けられた駆動軸と、前記駆動軸に対し平行に軸支されたタービン軸と、前記タービン軸の中間部に設けられて前記駆動ギアに噛み合う従動ギアと、前記タービン軸の一端に設けられて冷媒圧縮部を構成するタービン翼と、前記タービン軸における前記従動ギアと前記タービン翼との間を軸支する第1の軸支部と、前記タービン軸の他端を軸支する第2の軸支部と、を備え、前記第1の軸支部と前記第2の軸支部は、それぞれ少なくとも1つの円筒ころ軸受が設けられ、前記第1の軸支部と前記第2の軸支部の少なくも一方には4点接触玉軸受が設けられていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The turbo compressor according to the first aspect of the present invention includes a drive shaft provided with a drive gear, a turbine shaft supported in parallel with the drive shaft, and an intermediate portion of the turbine shaft provided with the drive. A driven gear that meshes with the gear, a turbine blade that is provided at one end of the turbine shaft and forms a refrigerant compression portion, and a first shaft support portion that pivotally supports between the driven gear and the turbine blade in the turbine shaft; A second shaft support portion that supports the other end of the turbine shaft, and each of the first shaft support portion and the second shaft support portion is provided with at least one cylindrical roller bearing, At least one of the shaft support portion and the second shaft support portion is provided with a four-point contact ball bearing.
上記構成のターボ圧縮機によれば、タービン軸の従動ギアを挟んで設けられる第1の軸支部と第2の軸支部とが、それぞれ少なくとも1つの円筒ころ軸受を備えているため、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受のような玉軸受のみを採用した場合に比べてタービン軸のラジアル方向への剛性を高めることができる。即ち、玉軸受は玉が内外輪に対して点接触するが、円筒ころ軸受は、ころが内外輪に対して線接触するため、ラジアル荷重が加わった際に、ころが内外輪に食い込む大きさが玉軸受に比べて格段に小さく、玉軸受に比べてタービン軸の支持剛性が高い。 According to the turbo compressor having the above configuration, the first shaft support portion and the second shaft support portion provided with the driven gear of the turbine shaft interposed therebetween each include at least one cylindrical roller bearing. The rigidity of the turbine shaft in the radial direction can be increased as compared with the case where only ball bearings such as angular contact ball bearings are employed. In other words, in ball bearings, the balls make point contact with the inner and outer rings, but in the case of cylindrical roller bearings, the rollers bite into the inner and outer rings when a radial load is applied because the rollers make line contact with the inner and outer rings. Is significantly smaller than ball bearings, and the turbine shaft has higher support rigidity than ball bearings.
このため、円筒ころ軸受は、内外輪が温まった定常運転時における軸受内部隙間を玉軸受よりも大きく設定することができる。これにより、室温状態にあるターボ圧縮機を予熱なく始動させて定常運転まで昇速させる運転条件下において、増速ギアからの入熱により円筒ころ軸受の内輪が外輪よりも先に昇温して熱膨張しても、円筒ころ軸受の軸受内部隙間がゼロ未満にならず、タービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷に繋がる懸念がない。 For this reason, the cylindrical roller bearing can set a bearing internal clearance larger than that of the ball bearing at the time of steady operation in which the inner and outer rings are warmed. As a result, the inner ring of the cylindrical roller bearing is heated before the outer ring by heat input from the speed increasing gear under the operating condition in which the turbo compressor at room temperature is started without preheating and the speed is increased to the steady operation. Even if thermal expansion occurs, the bearing internal clearance of the cylindrical roller bearing does not become less than zero, and there is no concern of increasing the rotational resistance of the turbine shaft or damaging the bearing.
また、タービン軸を円筒ころ軸受で支持することにより、タービン軸のラジアル方向の支持剛性が高められ、タービン軸のラジアル方向への振れが小さくなる。このため、タービン軸に設けられたタービン翼と、ケーシングに形成された圧縮通路との間の隙間を最小限に設定し、圧縮冷媒の漏れを最小化してターボ圧縮機の圧縮効率を高めることができる。 Further, by supporting the turbine shaft with the cylindrical roller bearing, the support rigidity in the radial direction of the turbine shaft is increased, and the vibration of the turbine shaft in the radial direction is reduced. For this reason, the clearance between the turbine blade provided on the turbine shaft and the compression passage formed in the casing is set to a minimum, and the leakage of the compressed refrigerant is minimized, thereby improving the compression efficiency of the turbo compressor. it can.
また、円筒ころ軸受と共に設けられた4点接触玉軸受は、主にタービン軸のアキシャル荷重を担うため、ラジアル方向への軸受内部隙間を大きくしておくことができる。このため、円筒ころ軸受と同様に、ターボ圧縮機が室温状態から昇速運転する際に、ラジアル方向の軸受内部隙間がゼロ未満にならないようにすることができ、タービン軸の回転抵抗の増大や軸受の損傷を回避することができる。 Further, since the four-point contact ball bearing provided together with the cylindrical roller bearing mainly bears the axial load of the turbine shaft, the bearing internal clearance in the radial direction can be increased. For this reason, as in the case of the cylindrical roller bearing, when the turbo compressor is accelerated from room temperature, the bearing internal clearance in the radial direction can be prevented from becoming less than zero, and the rotational resistance of the turbine shaft can be increased. Damage to the bearing can be avoided.
本発明の第2態様に係るターボ圧縮機は、駆動ギアが設けられた駆動軸と、前記駆動軸に対し平行に軸支されたタービン軸と、前記タービン軸の中間部に設けられて前記駆動ギアに噛み合う従動ギアと、前記タービン軸の一端に設けられて冷媒圧縮部を構成するタービン翼と、前記タービン軸を軸支する軸受と、前記軸受の外輪を加熱する外輪加熱部と、を備えたことを特徴とする。 A turbo compressor according to a second aspect of the present invention includes a drive shaft provided with a drive gear, a turbine shaft supported in parallel with the drive shaft, and an intermediate portion of the turbine shaft provided with the drive. A driven gear that meshes with the gear, a turbine blade that is provided at one end of the turbine shaft and forms a refrigerant compression unit, a bearing that supports the turbine shaft, and an outer ring heating unit that heats the outer ring of the bearing. It is characterized by that.
上記構成のターボ圧縮機によれば、室温状態にあるターボ圧縮機を予熱なく始動させて定常運転まで昇速させる運転条件下においては、先に外輪加熱部によって軸受の外輪を加熱することにより、外輪を内輪と同時に、あるいは内輪よりも先に熱膨張させることができる。これにより、増速ギアからの入熱により軸受の内輪が外輪よりも先に昇温して熱膨張することを防止し、タービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷を回避することができる。 According to the turbo compressor having the above-described configuration, under the operating conditions in which the turbo compressor in the room temperature state is started without preheating and the speed is increased to the steady operation, the outer ring of the bearing is first heated by the outer ring heating unit, The outer ring can be thermally expanded simultaneously with the inner ring or before the inner ring. As a result, it is possible to prevent the inner ring of the bearing from being heated and thermally expanded earlier than the outer ring due to heat input from the speed increasing gear, thereby avoiding an increase in rotational resistance of the turbine shaft and damage to the bearing.
前記第2の態様において、前記外輪加熱部は電気ヒーターとすることができる。あるいは、前記外輪加熱部を、前記冷媒圧縮部において圧縮された圧縮冷媒の一部を前記外輪の近傍に供給する冷媒供給通路としてもよい。 In the second aspect, the outer ring heating section may be an electric heater. Alternatively, the outer ring heating unit may be a refrigerant supply passage that supplies a part of the compressed refrigerant compressed in the refrigerant compression unit to the vicinity of the outer ring.
外輪加熱部を上記構成とすることにより、簡素な構造によって軸受の外輪を加熱可能にし、昇速運転時に増速ギアからの入熱により軸受の内輪が外輪よりも先に昇温して熱膨張することを防止し、タービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷を回避することができる。 By configuring the outer ring heating section as described above, the outer ring of the bearing can be heated with a simple structure, and the inner ring of the bearing rises in temperature before the outer ring due to heat input from the speed increasing gear during speed-up operation, so that the thermal expansion This can prevent the increase in rotational resistance of the turbine shaft and damage to the bearing.
前記第2の態様において、前記外輪を保持する軸受保持部材は、前記外輪の材料よりも熱伝導性の良い材料で形成するのが好ましい。これにより、外輪加熱部のもたらす熱が軸受保持部材によって軸受の外輪に良好に伝達される。したがって、外輪を良好に熱膨張させてタービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷を回避することができる。 In the second aspect, it is preferable that the bearing holding member for holding the outer ring is made of a material having better thermal conductivity than the material of the outer ring. Thereby, the heat which an outer ring | wheel heating part brings is favorably transmitted to the outer ring | wheel of a bearing with a bearing holding member. Therefore, the outer ring can be thermally expanded well to avoid an increase in the rotational resistance of the turbine shaft and damage to the bearing.
本発明の第3態様に係るターボ圧縮機は、駆動ギアが設けられた駆動軸と、前記駆動軸に対し平行に軸支されたタービン軸と、前記タービン軸の中間部に設けられて前記駆動ギアに噛み合う従動ギアと、前記タービン軸の一端に設けられて冷媒圧縮部を構成するタービン翼と、前記タービン軸を軸支する軸受と、前記軸受の内輪を冷却する内輪冷却部と、を備えたことを特徴とする。 A turbo compressor according to a third aspect of the present invention includes a drive shaft provided with a drive gear, a turbine shaft supported in parallel with the drive shaft, and an intermediate portion of the turbine shaft provided with the drive. A driven gear that meshes with the gear, a turbine blade that is provided at one end of the turbine shaft and forms a refrigerant compression unit, a bearing that supports the turbine shaft, and an inner ring cooling unit that cools the inner ring of the bearing. It is characterized by that.
上記構成のターボ圧縮機によれば、室温状態にあるターボ圧縮機を予熱なく始動させて定常運転まで昇速させる運転条件下においては、内輪冷却部によって軸受の内輪を冷却することにより、内輪の熱膨張を外輪よりも遅らせることができる。これにより、増速ギアからの入熱により軸受の内輪が外輪よりも先に昇温して熱膨張することを防止し、タービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷を回避することができる。 According to the turbo compressor having the above-described configuration, under the operating conditions in which the turbo compressor in the room temperature state is started without preheating and the speed is increased to the steady operation, the inner ring of the bearing is cooled by the inner ring cooling unit. Thermal expansion can be delayed more than the outer ring. As a result, it is possible to prevent the inner ring of the bearing from being heated and thermally expanded earlier than the outer ring due to heat input from the speed increasing gear, thereby avoiding an increase in rotational resistance of the turbine shaft and damage to the bearing.
前記第3の態様において、前記内輪冷却部は、前記タービン軸の内部に形成された冷却液供給通路と、前記冷却液供給通路に冷却液を送給する冷却液送給部と、を備えた構成としてもよい。 In the third aspect, the inner ring cooling section includes a cooling liquid supply passage formed inside the turbine shaft, and a cooling liquid supply section that supplies the cooling liquid to the cooling liquid supply passage. It is good also as a structure.
内輪冷却部を上記構成とすることにより、簡素な構造によって軸受の内輪を冷却可能にし、昇速運転時に増速ギアからの入熱により軸受の内輪が外輪よりも先に昇温して熱膨張することを防止し、タービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷を回避することができる。 By configuring the inner ring cooling section as described above, the inner ring of the bearing can be cooled with a simple structure, and the inner ring of the bearing is heated before the outer ring due to heat input from the speed increasing gear during the speed-up operation, so that the thermal expansion This can prevent the increase in rotational resistance of the turbine shaft and damage to the bearing.
本発明の第3態様に係るターボ冷凍装置は、前記のいずれかのターボ圧縮機と、前記ターボ圧縮機によって圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、膨張した前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、を具備してなることを特徴とする。 A turbo refrigeration apparatus according to a third aspect of the present invention includes any one of the above turbo compressors, a condenser that condenses the refrigerant compressed by the turbo compressor, and an evaporator that evaporates the expanded refrigerant. It is characterized by comprising.
上記構成によれば、ターボ圧縮機におけるタービン軸のラジアル方向の支持構成が高められて圧縮効率が高くなり、且つ運転開始から定常運転に入るまでの間にタービン軸の軸受内部隙間が過小になることを抑制してタービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷を防止することができるため、高性能で信頼性の高いターボ冷凍装置とすることができる。 According to the above configuration, the radial support structure of the turbine shaft in the turbo compressor is enhanced to increase the compression efficiency, and the bearing internal clearance of the turbine shaft becomes too small from the start of operation to the start of steady operation. This can be suppressed to prevent an increase in rotational resistance of the turbine shaft and damage to the bearing, so that a turbo refrigeration apparatus with high performance and high reliability can be obtained.
以上のように、本発明に係るターボ圧縮機、これを備えたターボ冷凍装置によれば、タービン軸のラジアル方向の支持構成を高めて圧縮効率を高めるとともに、運転開始から定常運転に入るまでの間にタービン軸の軸受内部隙間が過小になることを抑制してタービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷を防止することができる。 As described above, according to the turbo compressor according to the present invention and the turbo refrigeration apparatus provided with the turbo compressor, the support structure in the radial direction of the turbine shaft is increased to increase the compression efficiency, and from the start of operation to the start of steady operation. It is possible to prevent the turbine shaft bearing internal clearance from becoming too small in the meantime and to prevent the turbine shaft rotation resistance from increasing and the bearing from being damaged.
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るターボ冷凍装置の概略構成図である。このターボ冷凍装置1は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機2と、油ミスト分離タンク3と、凝縮器4と、エコノマイザ5と、蒸発器6と、潤滑油タンク7と、主膨張弁8と、副膨張弁9等を備えて構成されている。ターボ圧縮機2は、図2にも示すように、電動機11と、増速部12と、遠心タービン型の冷媒圧縮部13と、後述する複数の軸受とが1つのユニットにまとめられたものである。潤滑油タンク7は内部にポンプ7aを有し、ターボ圧縮機2の増速部12や軸受等に供給する潤滑油を貯留するタンクである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a turbo refrigeration apparatus according to an embodiment of the present invention. The
このターボ冷凍装置1において、ターボ圧縮機2の電動機11によって冷媒圧縮部13が増速駆動されると、蒸発器6から気化冷媒が冷媒圧縮部13に吸入されて圧縮され、この圧縮冷媒が油ミスト分離タンク3にて油分を分離されてから凝縮器4に送給される。
凝縮器4の内部では、ターボ圧縮機2で圧縮された高温の圧縮冷媒が冷却水と熱交換することにより凝縮熱を冷却されて凝縮液化される。凝縮器4で液相状になった凝縮冷媒は、エコノマイザ5と主膨張弁8と経て蒸発器6に給送される。
凝縮冷媒の一部は副膨張弁9を通過して減圧されることにより断熱膨張(気化)してエコノマイザ5に流れ、その気化熱によりエコノマイザ5内部を流れる凝縮冷媒を冷却した後、ターボ圧縮機2の冷媒圧縮部13中段に還流される。
In the
Inside the
A part of the condensed refrigerant passes through the sub-expansion valve 9 and is decompressed to adiabatically expand (vaporize) and flow to the
凝縮冷媒は主膨張弁8を通過して減圧されることにより断熱膨張し、低温の気液二相状となって蒸発器6に流れる。蒸発器6の内部では、低温の冷媒と熱源水とが熱交換し、熱源水が冷却される。冷却された熱源水は空調用の冷熱媒や工業用冷却水等として利用される。熱源水との熱交換により気化した冷媒は、再びターボ圧縮機2の冷媒圧縮部13に吸入されて圧縮され、以下、このサイクルが繰り返される。
The condensed refrigerant passes through the
図2は、ターボ圧縮機2の一構造例を示す横断面図である。
ターボ圧縮機2は、その外殻を形成するケーシング21の内部に、電動機11と、増速部12と、冷媒圧縮部13と、駆動軸25と、タービン軸26とが封入されている。駆動軸25は電動機11の主軸でもあり、この駆動軸25に対してタービン軸26が平行に軸支されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing one structural example of the
In the
増速部12は、駆動軸25の先端部に設けられた駆動ギア12aと、タービン軸26の中間部に設けられて駆動ギア12aに噛み合う従動ギア12bとを具備して構成されている。駆動ギア12aは従動ギア12bよりも歯数が多く、このため駆動軸25の回転が数倍に増速されてタービン軸26に伝達される。その際には摩擦熱が発生し、タービン軸26が加熱される。これらのギア12a,12bはヘリカルギア(はすば歯車)とされて噛み合い騒音の低減が図られている。
The
冷媒圧縮部13は、例えばタービン軸26の電動機11から遠い方の端部に固定された2段のタービン翼13A,13Bと、ケーシング21の内部に形成された圧縮通路13Cとを備えてなる公知の2段圧縮機であるが、遠心タービン型であればこの態様にされない。
The
駆動軸25は、電動機11の両側に設けられた軸受31,32により軸支されている。これらに軸受31,32としては、例えば深溝玉軸受が採用されている。一方、タービン軸26は、従動ギア12bとタービン翼13A,13Bとの間を軸支する第1の軸支部34と、タービン軸26の他端、即ち電動機11側の端部を軸支する第2の軸支部35とによって軸支されている。
The
[第1実施形態]
図3は、図2のIII部を拡大して本発明の第1実施形態を示すタービン軸付近の拡大図である。
タービン軸26における従動ギア12bとタービン翼13A,13Bとの間を軸支する第1の軸支部34は、例えば1つの円筒ころ軸受36と1つの4点接触玉軸受37とを備えており、その間に環状のスペーサ38が介装されている。ここでは円筒ころ軸受36がタービン翼13A,13B側に配置されているが、円筒ころ軸受36と4点接触玉軸受37との位置関係を逆にしてもよい。
[First Embodiment]
FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the turbine shaft showing the first embodiment of the present invention by enlarging the III part of FIG. 2.
The first
一方、タービン軸26の他端(電動機11側の端部)を軸支する第2の軸支部35は、例えば2つの円筒ころ軸受36が軸方向に隣接して設けられている。これら2つの円筒ころ軸受36は単一で幅広の円筒ころ軸受としてもよい。各円筒ころ軸受36は、内輪36aと、外輪36bと、ころ36cとを備えている。また、4点接触玉軸受37とは、内輪37aと、外輪37bと、玉37cとを備えている。内輪37aは軸方向に二分割されており、玉37cは内輪37aと外輪37bとにそれぞれ2点で接触する。
On the other hand, the second
本実施形態では、第1の軸支部34に4点接触玉軸受37を設けているが、4点接触玉軸受37を第2の軸支部35に設けたり、第1の軸支部34と第2の軸支部35の両方に設けてもよい。要するに、第1の軸支部34と第2の軸支部35の両方に、それぞれ1つ以上の円筒ころ軸受36が設けられ、第1の軸支部34と第2の軸支部35の少なくも一方に4点接触玉軸受37が設けられていればよい。
In the present embodiment, the four-point
上記構成において、第1の軸支部34と第2の軸支部35の円筒ころ軸受36によりタービン軸26のラジアル荷重が支持され、第1の軸支部34の4点接触玉軸受37によりタービン軸26のアキシャル荷重(スラスト荷重)が支持される。
In the above configuration, the radial load of the
このように、タービン軸26の従動ギア12bを挟んで設けられる第1の軸支部34と第2の軸支部35に、それぞれ少なくとも1つの円筒ころ軸受36を設けたため、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受のような玉軸受のみによってタービン軸26を支持した場合に比べてタービン軸26のラジアル方向への剛性を高めることができる。
As described above, since at least one
即ち、玉軸受は玉が内外輪に対して点接触するが、円筒ころ軸受36は、ころ36aが内輪36aおよび外輪36bに対して線接触するため、ラジアル荷重が加わった際に、ころ36aが内外輪36a,36bに食い込む大きさが玉軸受に比べて格段に小さく、玉軸受に比べてタービン軸26の支持剛性が高い。
That is, in the ball bearing, the balls are in point contact with the inner and outer rings, but in the
このため、円筒ころ軸受36は、内外輪36a,36bが温まった定常運転時における軸受内部隙間を玉軸受よりも大きく設定することができる。したがって、室温状態にあるターボ圧縮機2を予熱なく始動させて定常運転まで昇速させる運転条件下において、増速ギア12(従動ギア12b)からの入熱により円筒ころ軸受36の内輪36aが外輪36bよりも先に昇温して熱膨張しても、円筒ころ軸受36の軸受内部隙間がゼロ未満にならず、タービン軸26の回転抵抗の増大や軸受の損傷に繋がる懸念がない。
For this reason, the
また、円筒ころ軸受36と共に設けられた4点接触玉軸受37は、主にタービン軸26のアキシャル荷重を担うため、ラジアル方向への軸受内部隙間を予め大きくしておくことができる。このため、円筒ころ軸受36と同様に、ターボ圧縮機2が室温状態から昇速運転する際に、ラジアル方向の軸受内部隙間がゼロ未満にならないようにすることができ、タービン軸26の回転抵抗の増大や軸受の損傷を回避することができる。
Further, since the four-point
そして、タービン軸26を円筒ころ軸受36で支持することにより、タービン軸26のラジアル方向の支持剛性が高められ、タービン軸26のラジアル方向への振れが小さくなるため、タービン軸26に設けられたタービン翼13A,13Bと、ケーシング21に形成された圧縮通路13Cとの間の隙間を最小限に設定し、圧縮冷媒の漏れを最小化してターボ圧縮機2の圧縮効率を高めることができる。
Since the
[第2実施形態]
図4は、図2のIV部を拡大して本発明の第2実施形態を示す第1の軸支部35付近の拡大図である。ここに示すケーシング21、タービン軸26、冷媒圧縮部13を構成するタービン翼13A,13B、圧縮通路13C、第1の軸支部35を構成する円筒ころ軸受36、4点接触玉軸受37、スペーサ38等の形状や位置関係等は第1実施形態の構成と同様である。なお、円筒ころ軸受36と4点接触玉軸受37の軸受形式は、他の形式、例えば深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受等に置き換えてもよい。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is an enlarged view of the vicinity of the first
第1の軸支部35を構成する円筒ころ軸受36と4点接触玉軸受37とスペーサ38は、円筒状の軸受保持部材41に軽圧入されており、この軸受保持部材41がケーシング21に密に嵌め込まれている。軸受保持部材41を形成する金属材料は、円筒ころ軸受36の外輪36bおよび4点接触玉軸受37の外輪37bを形成する金属材料(鋼材)よりも熱伝導性の良い材料で形成されている。例えば、軸受保持部材41の金属材料としては、アルミニウム、真鍮(黄銅)、銅等が挙げられる。軸受保持部材41をケーシング21と一体化し、ケーシング21全体を熱伝導性の良い材料で形成してもよい。
The
軸受保持部材41の外周部には、例えば筒状の電気ヒーター43(外輪加熱部)が設けられている。本実施形態では電気ヒーター43が軸受保持部材41の外周に接するケーシング21側に装着されているが、電気ヒーター43を軸受保持部材41側に装着してもよい。電気ヒーター43は、熱伝導性の良い軸受保持部材41を介して円筒ころ軸受36の外輪36bと4点接触玉軸受37の外輪37bを均一に加熱することができる。
For example, a cylindrical electric heater 43 (outer ring heating portion) is provided on the outer peripheral portion of the
このような電気ヒーター43を設けることにより、室温状態にあるターボ圧縮機2を予熱なく始動させて定常運転まで昇速させる運転条件下においては、先に電気ヒーター43を起動させ、その熱Hによって軸受36,37の外輪36b,37bを加熱することにより、外輪36b,37bを内輪36a,37aと同時に、あるいは内輪36a,37aよりも先に熱膨張させることができる。これにより、従動ギア12bからの入熱により軸受36,37の内輪36a,37aが外輪36b,37bよりも先に昇温して熱膨張することを簡素な構造によって防止し、タービン軸26の回転抵抗増大や軸受の損傷を回避することができる。
By providing such an
また、軸受36,37を保持する軸受保持部材41を、軸受36,37の外輪36b,37bの材料よりも熱伝導性の良い材料で形成することにより、外輪加熱部である電気ヒーター43の熱を軸受保持部材41によって外輪36b,37bに良好に、且つ均等に伝達することができる。したがって、外輪36b,37bを良好に熱膨張させてタービン軸26の回転抵抗増大や軸受の損傷を回避することができる。電気ヒーター43は軸受36,37の膨張が完了した時点で停止させる。
In addition, the
[第3実施形態]
図5は、本発明の第3実施形態を示す第1の軸支部付近の拡大図である。本実施形態は、外輪加熱部として第2実施形態の電気ヒーター43に代えて冷媒供給通路46が設けられている点以外は第2実施形態の構成と同様であるため、同一構成部には同一符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of the first shaft support portion showing the third embodiment of the present invention. This embodiment is the same as the configuration of the second embodiment except that a
本実施形態においても、第2実施形態と同様に、第1の軸支部35を構成する円筒ころ軸受36と4点接触玉軸受37を他の形式の軸受に変更しても構わない。これらの軸受36,37を保持する軸受保持部材41の金属材料は、第2実施形態と同様に、軸受36,37の外輪36b,37bを形成する金属材料よりも熱伝導性の良い材料で形成する。
Also in the present embodiment, as in the second embodiment, the
本実施形態では、軸受36,37の外輪36b,37bを加熱する外輪加熱部として、冷媒圧縮部13において圧縮された圧縮冷媒Rの一部を抽出して外輪36b,37bの近傍に供給する冷媒供給通路46が設けられている。この冷媒供給通路46は、冷媒抽出通路46aと、冷媒入口通路46bと、冷媒出口通路46cとを含んで構成されている。
In the present embodiment, as the outer ring heating section that heats the
冷媒抽出通路46aは、例えばタービン軸26の軸方向に沿って軸受保持部材41の内部にトーラス状(円筒状)通路、もしくは複数の平行な直線孔状通路として形成されている。また、冷媒入口通路46bは、タービン翼13bとケーシング21との間に設けられたラビリンスシール48の近傍から冷媒抽出通路46aの一端に通じる斜孔状通路であり、冷媒出口通路46cは、冷媒抽出通路46aの他端から軸受保持部材41の後端部に抜ける斜孔状の通路である。
The
このような冷媒供給通路46を設けることにより、室温状態にあるターボ圧縮機2を予熱なく始動させて定常運転まで昇速させる運転条件下においては、軸受36,37が過熱しないような低速運転を暫く行うことにより、圧縮された温かい冷媒Rの一部を抽出して冷媒供給通路46に通し、軸受36,37の外輪36b,37bを熱膨張させることができる。
By providing such a
即ち、ラビリンスシール48から漏洩する少量の圧縮冷媒Rが、冷媒入口通路46bから冷媒抽出通路46aに流入し、軸受保持部材41を温めながら後方に流れて冷媒出口通路46cから流出する。軸受保持部材41は熱伝導性の良い材料で形成されているため、冷媒抽出通路46aを流れる圧縮冷媒Rの熱が軸受36,37の外輪36b,37bに良好に伝達され、外輪36b,37bが温められて熱膨張する。
That is, a small amount of the compressed refrigerant R leaking from the
こうして、軸受36,37の外輪36b,37bを内輪36a,37aと同時に、あるいは内輪36a,37aよりも先に熱膨張させることができる。このため、簡素な構造によって従動ギア12bからの入熱により軸受36,37の内輪36a,37aが外輪36b,37bよりも先に昇温して熱膨張することを防止し、タービン軸26の回転抵抗増大や軸受の損傷を回避することができる。
Thus, the
なお、上記のように冷媒供給通路46(46a,46b,46c)を軸受保持部材41の内部に形成する代わりに、ケーシング21と軸受保持部材41との間に溝状の冷媒供給通路(非図示)を形成し、ラビリンスシール48から漏洩する圧縮冷媒Rを軸受保持部材41の外周側に流すようにしてもよい。
Instead of forming the refrigerant supply passage 46 (46a, 46b, 46c) inside the
[第4実施形態]
図6は、本発明の第4実施形態を示すタービン軸付近の拡大図であり、図7(A),(B)は、図6のVII−VII線に沿うタービン軸の縦断面図である。本実施形態は、軸受36,37の内輪36a,37aを冷却する内輪冷却部52が設けられている点以外は、図3に示す第1実施形態の構成と同様であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。なお、円筒ころ軸受36と4点接触玉軸受37の軸受形式は、他の形式、例えば深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受等に置き換えてもよい。
[Fourth Embodiment]
6 is an enlarged view of the vicinity of a turbine shaft showing a fourth embodiment of the present invention, and FIGS. 7A and 7B are longitudinal sectional views of the turbine shaft taken along line VII-VII in FIG. . This embodiment is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG. 3 except that an inner
内輪冷却部52は、タービン軸26の内部に形成された冷却液供給通路53と、この冷却液供給通路53に冷却液を送給する冷却液送給部54とを備えている。冷却液供給通路53は、例えばタービン軸26の軸心部に形成された冷却液往路53aと、この冷却液往路53aの周囲を囲むように形成された冷却液復路53bと、タービン軸26の内部で両通路53a,53bの先端同士を連通させる連通路53cとを備えて構成されている。冷却液復路53bの断面形状は、図7(A)に示すように冷却液往路53aの周りを同心円状に囲む断面としたり、図7(B)に示すように冷却液往路53aの周りを囲む複数の直線通路状としたりすることができる。
The inner
冷却液送給部54は、冷却液供給通路53の冷却液往路53aに冷却液を送給可能なパイプ状に形成されている。この冷却液送給部54の他端は、図示しない冷却液供給ポンプに繋がっている。冷却液としては、図1に示す蒸発器6において低温の冷媒と熱交換して冷却された熱源水の一部を抽出して使用することが考えられる。あるいは、蒸発器6に供給される低圧な液冷媒の部を抽出して使用することも考えられる。
The
このように構成された内輪冷却部52を設けることにより、室温状態にあるターボ圧縮機2を予熱なく始動させて定常運転まで昇速させる運転条件下においては、内輪冷却部52によって軸受36,37の内輪36a,37aを予め冷却し、内輪36a,37aの熱膨張を外輪36b,37bよりも遅らせることができる。即ち、冷却液送給部54から冷却液往路53aに送給された冷媒液が、連通路53cを経て冷却液復路53bに流れ、これによってタービン軸26が冷却されるため、その冷熱が軸受36,37の内輪36a,37aに伝わり、内輪36a,37aが冷却されて熱膨張が遅延される。
By providing the inner
これにより、増速ギア12(従動ギア12b)からの入熱により軸受36,37の内輪36a,37aが外輪36b,37bよりも先に昇温して熱膨張することを簡素な構造によって防止し、タービン軸26の回転抵抗増大や軸受36,37の損傷を回避することができる。冷却液の送給は軸受36,37の膨張が完了した時点で停止させる。
This prevents the
以上に説明したように、本実施形態に係るターボ圧縮機2、およびこれを備えたターボ冷凍装置1によれば、タービン軸26のラジアル方向の支持構成を高めてターボ圧縮機2の圧縮効率を高めるとともに、運転開始から定常運転に入るまでの間にタービン軸26の軸受内部隙間が過小になることを抑制してタービン軸26の回転抵抗増大や軸受の損傷を防止することができる。
As described above, according to the
なお、本発明は上記実施形態の構成のみにされるものではなく、適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。例えば、第2〜第4実施形態における軸受36,37の種類は他の物に変更してもよい。また、第1〜第4実施形態の構成を適宜組み合わせることもできる。
It should be noted that the present invention is not limited to the configuration of the embodiment described above, and can be modified or improved as appropriate, and such modified and improved embodiments are also included in the scope of the right of the present invention. To do. For example, the types of the
1 ターボ冷凍装置
2 ターボ圧縮機
4 凝縮器
6 蒸発器
8 主膨張弁
12 増速部
12a 駆動ギア
12b 従動ギア
13 冷媒圧縮部
13A,13B タービン翼
25 駆動軸
26 タービン軸
34 第1の軸支部
35 第2の軸支部
36 円筒ころ軸受
36a 内輪
36b 外輪
36c ころ
37 4点接触玉軸受
37a 内輪
37b 外輪
37c 玉
41 軸受保持部材
43 電気ヒーター(外輪加熱部)
46 冷媒供給通路(外輪加熱部)
52 内輪冷却部
53 冷却液供給通路
54 冷却液送給部
H 熱
R 圧縮冷媒
DESCRIPTION OF
46 Refrigerant supply passage (outer ring heating section)
52 Inner
Claims (8)
前記駆動軸に対し平行に軸支されたタービン軸と、
前記タービン軸の中間部に設けられて前記駆動ギアに噛み合う従動ギアと、
前記タービン軸の一端に設けられて冷媒圧縮部を構成するタービン翼と、
前記タービン軸における前記従動ギアと前記タービン翼との間を軸支する第1の軸支部と、
前記タービン軸の他端を軸支する第2の軸支部と、を備え、
前記第1の軸支部と前記第2の軸支部は、それぞれ少なくとも1つの円筒ころ軸受が設けられ、
前記第1の軸支部と前記第2の軸支部の少なくも一方には4点接触玉軸受が設けられていることを特徴とするターボ圧縮機。 A drive shaft provided with a drive gear;
A turbine shaft supported in parallel to the drive shaft;
A driven gear provided at an intermediate portion of the turbine shaft and meshing with the drive gear;
A turbine blade provided at one end of the turbine shaft and constituting a refrigerant compression section;
A first shaft supporting portion that pivotally supports between the driven gear and the turbine blade in the turbine shaft;
A second shaft support portion that supports the other end of the turbine shaft,
Each of the first shaft support portion and the second shaft support portion is provided with at least one cylindrical roller bearing,
A turbo compressor, wherein at least one of the first shaft support portion and the second shaft support portion is provided with a four-point contact ball bearing.
前記駆動軸に対し平行に軸支されたタービン軸と、
前記タービン軸の中間部に設けられて前記駆動ギアに噛み合う従動ギアと、
前記タービン軸の一端に設けられて冷媒圧縮部を構成するタービン翼と、
前記タービン軸を軸支する軸受と、
前記軸受の外輪を加熱する外輪加熱部と、
を備えたことを特徴とするターボ圧縮機。 A drive shaft provided with a drive gear;
A turbine shaft supported in parallel to the drive shaft;
A driven gear provided at an intermediate portion of the turbine shaft and meshing with the drive gear;
A turbine blade provided at one end of the turbine shaft and constituting a refrigerant compression section;
A bearing for supporting the turbine shaft;
An outer ring heating section for heating the outer ring of the bearing;
A turbo compressor characterized by comprising:
前記駆動軸に対し平行に軸支されたタービン軸と、
前記タービン軸の中間部に設けられて前記駆動ギアに噛み合う従動ギアと、
前記タービン軸の一端に設けられて冷媒圧縮部を構成するタービン翼と、
前記タービン軸を軸支する軸受と、
前記軸受の内輪を冷却する内輪冷却部と、
を備えたことを特徴とするターボ圧縮機。 A drive shaft provided with a drive gear;
A turbine shaft supported in parallel to the drive shaft;
A driven gear provided at an intermediate portion of the turbine shaft and meshing with the drive gear;
A turbine blade provided at one end of the turbine shaft and constituting a refrigerant compression section;
A bearing for supporting the turbine shaft;
An inner ring cooling section for cooling the inner ring of the bearing;
A turbo compressor characterized by comprising:
前記タービン軸の内部に形成された冷却液供給通路と、
前記冷却液供給通路に冷却液を送給する冷却液送給部と、
を備えて構成されている請求項6に記載のターボ圧縮機。 The inner ring cooling section is
A coolant supply passage formed inside the turbine shaft;
A coolant supply section for supplying the coolant to the coolant supply passage;
The turbo compressor according to claim 6, comprising:
前記ターボ圧縮機によって圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
膨張した前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
を具備してなることを特徴とするターボ冷凍装置。 The turbo compressor according to any one of claims 1 to 7, which compresses the refrigerant;
A condenser for condensing the refrigerant compressed by the turbo compressor;
An evaporator for evaporating the expanded refrigerant;
A turbo refrigeration apparatus comprising:
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JP2015220339A JP2017089492A (en) | 2015-11-10 | 2015-11-10 | Turbo compressor and turbo refrigerator having the same |
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---|---|---|---|---|
CN108823523A (en) * | 2018-07-12 | 2018-11-16 | 中国航发哈尔滨轴承有限公司 | A method of it is modified to taper roller surface using taper roller thermo-chemical treatment special tooling |
-
2015
- 2015-11-10 JP JP2015220339A patent/JP2017089492A/en active Pending
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