JP2017106330A - Turbomachine - Google Patents

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JP2017106330A JP2015238532A JP2015238532A JP2017106330A JP 2017106330 A JP2017106330 A JP 2017106330A JP 2015238532 A JP2015238532 A JP 2015238532A JP 2015238532 A JP2015238532 A JP 2015238532A JP 2017106330 A JP2017106330 A JP 2017106330A
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直芳 庄山
Naoyoshi Shoyama
直芳 庄山
雄司 尾形
Yuji Ogata
雄司 尾形
和之 甲田
Kazuyuki Koda
和之 甲田
長谷川 寛
Hiroshi Hasegawa
寛 長谷川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbomachine having high durability.SOLUTION: A turbomachine (100a) is equipped with a rotary shaft (1); a bearing (4); a partition wall (8); and a disc wheel (2). The bearing (4) has a bearing surface (4a) facing an outer peripheral surface of the rotary shaft (1) while a liquid refrigerant in interposed therebetween. The partition wall (8) faces an end surface (1e) of the bearing (1) in an axial direction of the bearing (1) while a discharge space (6) collecting a liquid refrigerant discharged from the bearing (4) with a gas phase refrigerant is interposed therebetween, and has a through-hole (8a) in which the rotary shaft (1) is inserted. The disc wheel (2) has a front surface (2a) facing the partition wall (8) while a suction space (5) sucking the gas phase refrigerant therein is interposed. The partition wall (8) and the rotary shaft (1) are form a throttle (9) filled with the gas phase refrigerant supplied from the discharge space (6) between a surface forming the through-hole (8a) and the outer peripheral surface of the rotary shaft.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、ターボ機械に関する。   The present disclosure relates to turbomachines.

従来、ターボ機械として、回転軸を有し、冷媒ガスとしての水蒸気を圧縮する回転体を備えた圧縮機が知られており、その回転軸を軸支する軸受に潤滑剤として水を供給する技術が知られている。   Conventionally, as a turbomachine, a compressor having a rotating shaft and having a rotating body that compresses water vapor as a refrigerant gas is known, and a technique for supplying water as a lubricant to a bearing that supports the rotating shaft. It has been known.

例えば、特許文献1には、図4に示すように、水が冷媒として用いられる冷凍機300が記載されており、冷凍機300は圧縮機304を備えている。圧縮機304は、筐体322と、回転体324と、複数の軸受326と、モータ328と、シール部330と、潤滑水供給ライン332と、潤滑水排出ライン334とを備えている。筐体322の内部に回転体324、複数の軸受326、及びシール部330が設けられている。筐体322の内部には、冷媒ガスを圧縮するための圧縮室322aが設けられている。圧縮室322aの入口側の圧力は、圧縮室322aに導入された冷媒ガスとしての水蒸気が凝縮しないように例えば約7℃の水の飽和蒸気圧に設定されている。回転体324は、複数の羽根車324aと回転軸324bとを有し、モータ328の駆動力を受けて回転することにより冷媒ガスとしての水蒸気を圧縮室322aにおいて圧縮する。回転軸324bは、筐体322の内部において筐体322の軸方向に延びるように配置されている。回転軸324bは、複数の軸受326によって回転自在に軸支されている。   For example, Patent Literature 1 describes a refrigerator 300 in which water is used as a refrigerant, as shown in FIG. 4, and the refrigerator 300 includes a compressor 304. The compressor 304 includes a housing 322, a rotating body 324, a plurality of bearings 326, a motor 328, a seal portion 330, a lubricating water supply line 332, and a lubricating water discharge line 334. A rotating body 324, a plurality of bearings 326, and a seal portion 330 are provided inside the housing 322. A compression chamber 322a for compressing the refrigerant gas is provided inside the housing 322. The pressure on the inlet side of the compression chamber 322a is set to, for example, a saturated vapor pressure of water of about 7 ° C. so that water vapor as the refrigerant gas introduced into the compression chamber 322a does not condense. The rotating body 324 has a plurality of impellers 324a and a rotating shaft 324b, and rotates by receiving the driving force of the motor 328 to compress water vapor as refrigerant gas in the compression chamber 322a. The rotation shaft 324b is disposed inside the housing 322 so as to extend in the axial direction of the housing 322. The rotation shaft 324b is rotatably supported by a plurality of bearings 326.

複数の軸受326のうちの1つは、圧縮室322aに対してモータ328と反対側に配設されている。各軸受326はすべり軸受であり、各軸受326には、潤滑剤としての水(潤滑水)が潤滑水供給ライン332を通じて供給される。軸受326の内周面と回転軸324bの外周面との間には、わずかな隙間が形成されている。軸受326に供給された潤滑水はその隙間に導入されて水膜を形成した後、その隙間から軸方向両端側へ流れ出す。この流れ出した潤滑水は、筐体22の内部の軸受326の周囲の空間326aに溜まり、潤滑水排出ライン334を通じて排出される。筐体322の内部のうち軸受326が設けられた空間326aの圧力は、約1気圧以上となっている。   One of the plurality of bearings 326 is disposed on the opposite side of the motor 328 with respect to the compression chamber 322a. Each bearing 326 is a sliding bearing, and water (lubricating water) as a lubricant is supplied to each bearing 326 through a lubricating water supply line 332. A slight gap is formed between the inner peripheral surface of the bearing 326 and the outer peripheral surface of the rotary shaft 324b. The lubricating water supplied to the bearing 326 is introduced into the gap to form a water film, and then flows out from the gap to both ends in the axial direction. The lubricating water that has flowed out accumulates in a space 326 a around the bearing 326 inside the housing 22 and is discharged through the lubricating water discharge line 334. The pressure in the space 326a in which the bearing 326 is provided in the housing 322 is about 1 atmosphere or more.

シール部330は、筐体322の内部において空間326aと圧縮室322aとの間を隔てている。圧縮室322aは、空間326aに対して負圧となっているので、空間326aの潤滑水の一部がシール部330と回転軸324bとの間の隙間を通って圧縮室322a側に吸い込まれる。この際、シール部330は、大量の潤滑水が圧縮室322aへ急激に吸引されるのを抑止する。   The seal portion 330 separates the space 326a and the compression chamber 322a inside the housing 322. Since the compression chamber 322a has a negative pressure with respect to the space 326a, part of the lubricating water in the space 326a is sucked into the compression chamber 322a side through the gap between the seal portion 330 and the rotation shaft 324b. At this time, the seal portion 330 prevents a large amount of lubricating water from being rapidly sucked into the compression chamber 322a.

国際公開第2010/010925号International Publication No. 2010/010925

特許文献1に記載の圧縮機は、耐久性を向上させる余地を有する。そこで、本開示は、高い耐久性を有するターボ機械を提供する。   The compressor described in Patent Document 1 has room for improving durability. Therefore, the present disclosure provides a turbo machine having high durability.

本開示は、
回転軸と、
液冷媒が介在した状態で前記回転軸の外周面と向かい合う軸受面を有する、前記回転軸を支持する軸受と、
前記軸受から排出される前記液冷媒が気相冷媒とともに貯留される排出空間が介在した状態で前記軸受の軸線方向における前記軸受の端面と向かい合っており、前記回転軸が挿入された貫通孔を有する隔壁と、
前記回転軸の軸線方向において前記隔壁から見て前記軸受と反対側で気相冷媒が吸入される吸入空間が介在した状態で前記隔壁と向かい合う前面を有する、前記回転軸に固定された翼車であって、前記回転軸とともに回転することにより前記吸入空間から前記気相冷媒を吸入する翼車と、を備え、
前記隔壁及び前記回転軸は、前記貫通孔を形成する面と前記回転軸の外周面との間に、前記排出空間から供給される前記気相冷媒によって満たされる絞りを形成している、
ターボ機械を提供する。
This disclosure
A rotation axis;
A bearing that supports the rotating shaft, and has a bearing surface facing the outer peripheral surface of the rotating shaft in a state where a liquid refrigerant is interposed;
The liquid refrigerant discharged from the bearing faces the end surface of the bearing in the axial direction of the bearing with a discharge space in which the liquid refrigerant is stored together with the gas-phase refrigerant, and has a through hole into which the rotating shaft is inserted. A partition,
An impeller fixed to the rotating shaft, having a front surface facing the partition wall in a state where a suction space for sucking a gas-phase refrigerant is interposed on the opposite side of the bearing as viewed from the partition wall in the axial direction of the rotating shaft. An impeller for sucking the gas-phase refrigerant from the suction space by rotating together with the rotating shaft,
The partition and the rotary shaft form a throttle filled with the gas-phase refrigerant supplied from the discharge space between a surface forming the through hole and an outer peripheral surface of the rotary shaft.
Provide turbomachinery.

上記のターボ機械は、高い耐久性を有する。   The above turbomachine has high durability.

本開示の実施形態に係るターボ機械を示す断面図Sectional drawing which shows the turbomachine which concerns on embodiment of this indication 変形例に係るターボ機械を示す断面図Sectional drawing which shows the turbomachine which concerns on a modification 別の変形例に係るターボ機械を示す断面図Sectional drawing which shows the turbomachine which concerns on another modification ターボ機械としての圧縮機を備えた従来の冷凍機を示す構成図The block diagram which shows the conventional refrigerator provided with the compressor as a turbo machine

特許文献1に記載の圧縮機304において、空間326aに溜まった潤滑水の一部がシール部330と回転軸324bとの間の隙間を通って圧縮室322a側に吸い込まれる。圧縮室322aの内部の負圧になっている箇所の圧力は、飽和蒸気圧に設定されているので、圧縮室322aに吸い込まれた潤滑水はすぐに蒸発するように思われる。しかし、圧縮室322aに吸い込まれた潤滑水の一部は蒸発するものの、蒸発の潜熱により冷却された水蒸気が凝縮して水滴となり、羽根車324aに水滴が衝突する可能性がある。このため、羽根車324aに水滴が衝突することにより羽根車324aが損傷する可能性がある。このように、圧縮機304は耐久性を向上させる余地を有する。   In the compressor 304 described in Patent Literature 1, a part of the lubricating water accumulated in the space 326a is sucked into the compression chamber 322a side through a gap between the seal portion 330 and the rotating shaft 324b. Since the pressure at the negative pressure inside the compression chamber 322a is set to the saturated vapor pressure, the lubricating water sucked into the compression chamber 322a seems to evaporate immediately. However, although part of the lubricating water sucked into the compression chamber 322a evaporates, the water vapor cooled by the latent heat of evaporation condenses into water droplets, which may collide with the impeller 324a. For this reason, there is a possibility that the impeller 324a may be damaged by a water droplet colliding with the impeller 324a. Thus, the compressor 304 has room for improving durability.

圧縮機304の耐久性を向上させる観点から、シール部330と回転軸324bとの間の隙間よりも下方に潤滑水の液面が形成されるように、空間326aの圧力を潤滑水の温度に対して定まる飽和蒸気圧に保つことが考えられる。これにより、液相である潤滑水が圧縮室322a側に吸い込まれることを防止できる。しかし、空間326aにおける水の温度が低い場合、その温度における水の飽和蒸気圧も低いので、空間326aの圧力が低くなる。このため、軸受326の軸線方向における軸受326の端面での圧力が低下するので、空間326aに接する軸受326の端面付近において軸受326の内周面と回転軸324bの外周面との間の隙間に形成された水膜のサブクール度が小さくなる。これにより、水膜の内部でキャビテーションが発生しやすくなる。その結果、軸受326における混合潤滑による冷却能力が十分ではなく、焼付き負荷容量が低下して圧縮機304の耐久性を十分に高めることが難しくなる。ここで、「焼付き負荷容量」とは、混合潤滑状態であるすべり軸受が支えるべき荷重を増加させたときに、焼付きが発生する荷重を意味する。このように、圧縮機304の耐久性を向上させる場合、空間326aの圧力が適切に保たれる必要があるが、特許文献1にはこのような知見は何ら示唆されていない。本開示のターボ機械は、かかる知見を踏まえて案出されたものである。なお、圧縮機304の変形に関する知見は、本発明者らの考察の結果得られたものであり、この知見は先行技術ではない。   From the viewpoint of improving the durability of the compressor 304, the pressure of the space 326a is set to the temperature of the lubricating water so that the level of the lubricating water is formed below the gap between the seal portion 330 and the rotating shaft 324b. On the other hand, it is conceivable to keep the saturated vapor pressure determined. Thereby, it can prevent that the lubricating water which is a liquid phase is sucked into the compression chamber 322a side. However, when the temperature of water in the space 326a is low, the saturated vapor pressure of water at that temperature is also low, so the pressure in the space 326a is low. For this reason, since the pressure at the end surface of the bearing 326 in the axial direction of the bearing 326 decreases, the gap between the inner peripheral surface of the bearing 326 and the outer peripheral surface of the rotary shaft 324b is near the end surface of the bearing 326 in contact with the space 326a. The subcool degree of the formed water film is reduced. As a result, cavitation tends to occur inside the water film. As a result, the cooling capacity by the mixed lubrication in the bearing 326 is not sufficient, and the seizure load capacity is reduced, making it difficult to sufficiently enhance the durability of the compressor 304. Here, the “seizure load capacity” means a load at which seizure occurs when the load to be supported by the sliding bearing in the mixed lubrication state is increased. As described above, when the durability of the compressor 304 is improved, the pressure in the space 326a needs to be appropriately maintained, but Patent Literature 1 does not suggest any such knowledge. The turbomachine of the present disclosure has been devised based on such knowledge. In addition, the knowledge regarding the deformation | transformation of the compressor 304 was obtained as a result of consideration of the present inventors, and this knowledge is not a prior art.

本開示の第1態様は、
回転軸と、
液冷媒が介在した状態で前記回転軸の外周面と向かい合う軸受面を有する、前記回転軸を支持する軸受と、
前記軸受から排出される前記液冷媒が気相冷媒とともに貯留される排出空間が介在した状態で前記軸受の軸線方向における前記軸受の端面と向かい合っており、前記回転軸が挿入された貫通孔を有する隔壁と、
前記回転軸の軸線方向において前記隔壁から見て前記軸受と反対側で気相冷媒が吸入される吸入空間が介在した状態で前記隔壁と向かい合う前面を有する、前記回転軸に固定された翼車であって、前記回転軸とともに回転することにより前記吸入空間から前記気相冷媒を吸入する翼車と、を備え、
前記隔壁及び前記回転軸は、前記貫通孔を形成する面と前記回転軸の外周面との間に、前記排出空間から供給される前記気相冷媒によって満たされる絞りを形成している、
ターボ機械を提供する。
The first aspect of the present disclosure is:
A rotation axis;
A bearing that supports the rotating shaft, and has a bearing surface facing the outer peripheral surface of the rotating shaft in a state where a liquid refrigerant is interposed;
The liquid refrigerant discharged from the bearing faces the end surface of the bearing in the axial direction of the bearing with a discharge space in which the liquid refrigerant is stored together with the gas-phase refrigerant, and has a through hole into which the rotating shaft is inserted. A partition,
An impeller fixed to the rotating shaft, having a front surface facing the partition wall in a state where a suction space for sucking a gas-phase refrigerant is interposed on the opposite side of the bearing as viewed from the partition wall in the axial direction of the rotating shaft. An impeller for sucking the gas-phase refrigerant from the suction space by rotating together with the rotating shaft,
The partition and the rotary shaft form a throttle filled with the gas-phase refrigerant supplied from the discharge space between a surface forming the through hole and an outer peripheral surface of the rotary shaft.
Provide turbomachinery.

第1態様によれば、排出空間に液冷媒に加えて気相冷媒が貯留されており、排出空間から供給される気相冷媒によって絞りが満たされる。これにより、排出空間に貯留された液冷媒が吸入空間に漏れ出すことが防止され、液冷媒が翼車に衝突して翼車が損傷することを防止できる。また、翼車などの発熱部品から発生した熱が回転軸を伝わることにより、排出空間が加熱され、排出空間に貯留された冷媒の飽和蒸気圧が適切に保たれる。加えて、絞りによって、排出空間と吸入空間との間に適切な圧力差が発生する。このため、回転軸の軸線方向における軸受の端面における圧力が適切に保たれ、回転軸の外周面と軸受面との間に介在する液冷媒が形成する液膜においてキャビテーションの発生が抑制される。その結果、軸受の耐久性を高めることができる。このようにして、第1態様のターボ機械が高い耐久性を有する。   According to the first aspect, the gas phase refrigerant is stored in the discharge space in addition to the liquid refrigerant, and the throttle is filled with the gas phase refrigerant supplied from the discharge space. Thereby, the liquid refrigerant stored in the discharge space is prevented from leaking into the suction space, and the liquid refrigerant can be prevented from colliding with the impeller and damaging the impeller. In addition, heat generated from a heat-generating component such as an impeller is transmitted through the rotating shaft, whereby the discharge space is heated and the saturated vapor pressure of the refrigerant stored in the discharge space is appropriately maintained. In addition, due to the restriction, an appropriate pressure difference is generated between the discharge space and the suction space. For this reason, the pressure at the end face of the bearing in the axial direction of the rotating shaft is appropriately maintained, and the occurrence of cavitation is suppressed in the liquid film formed by the liquid refrigerant interposed between the outer peripheral surface of the rotating shaft and the bearing surface. As a result, the durability of the bearing can be increased. Thus, the turbomachine of the first aspect has high durability.

本開示の第2態様は、第1態様に加えて、回転軸の軸線方向において前記翼車から見て前記隔壁と反対側で前記翼車に隣接して前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸を回転させるモータをさらに備えた、ターボ機械を提供する。第2態様によれば、モータが翼車に隣接して回転軸に取り付けられているので、翼車に加えて発熱部品であるモータが排出空間の比較的近い位置に配置されている。このため、回転軸によって排出空間に伝わる熱の量が比較的大きく、排出空間に貯留された冷媒の飽和蒸気圧を高めやすい。   According to a second aspect of the present disclosure, in addition to the first aspect, the rotating shaft is attached to the rotating shaft adjacent to the impeller on the side opposite to the partition wall when viewed from the impeller in the axial direction of the rotating shaft, A turbomachine is provided, further comprising a motor for rotating the motor. According to the second aspect, since the motor is attached to the rotating shaft adjacent to the impeller, the motor which is a heat generating component in addition to the impeller is disposed at a relatively close position in the discharge space. For this reason, the amount of heat transmitted to the discharge space by the rotating shaft is relatively large, and it is easy to increase the saturated vapor pressure of the refrigerant stored in the discharge space.

本開示の第3態様は、第1態様又は第2態様に加えて、前記回転軸の外周面から前記回転軸の半径方向外側に延びつつ環状に形成され、前記排出空間において前記隔壁に隣接して配置されている環状体をさらに備えている、ターボ機械を提供する。第3態様によれば、排出空間における液冷媒の液面が上昇して液冷媒が絞りに近づいても、環状体が回転軸とともに回転することにより発生する遠心作用により、液冷媒が絞りから遠ざけられる。これにより、排出空間に貯留された液冷媒が吸入空間に漏れ出すことを防止できる。   According to a third aspect of the present disclosure, in addition to the first aspect or the second aspect, the third aspect of the present disclosure is formed in an annular shape while extending from the outer peripheral surface of the rotation shaft to the outer side in the radial direction of the rotation shaft. A turbomachine is further provided, further comprising an annular body arranged. According to the third aspect, even when the liquid refrigerant level in the discharge space rises and the liquid refrigerant approaches the throttle, the liquid refrigerant is kept away from the throttle by the centrifugal action that occurs when the annular body rotates together with the rotating shaft. It is done. Thereby, it is possible to prevent the liquid refrigerant stored in the discharge space from leaking into the suction space.

本開示の第4態様は、第1態様〜3態様のいずれか1つの態様に加えて、前記隔壁は、当該隔壁の内部に断熱構造を有する、ターボ機械を提供する。第4態様によれば、断熱構造によって、排出空間の温度及び圧力が低下することが抑制される。これにより、排出空間に接する軸受の端面付近で、回転軸の外周面と軸受面との間に介在する液冷媒が形成する液膜のサブクールが十分に大きくなり、液膜の内部におけるキャビテーションの発生が抑制されやすい。   According to a fourth aspect of the present disclosure, in addition to any one of the first to third aspects, the partition includes a turbomachine having a heat insulating structure inside the partition. According to the 4th aspect, it is suppressed by the heat insulation structure that the temperature and pressure of discharge space fall. As a result, the subcooling of the liquid film formed by the liquid refrigerant interposed between the outer peripheral surface of the rotating shaft and the bearing surface becomes sufficiently large near the end face of the bearing in contact with the discharge space, and cavitation occurs inside the liquid film. Is easily suppressed.

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The following description relates to an example of the present invention, and the present invention is not limited to these.

図1に示すように、本開示のターボ機械100aは、回転軸1と、軸受4と、隔壁8と、翼車2とを備えている。ターボ機械100aは、例えばターボ圧縮機である。ターボ機械100aは、例えば、水蒸気等の所定の気相冷媒を圧縮する。回転軸1は、例えば水平方向に延びている。軸受4は、液冷媒が介在した状態で回転軸1の外周面と向かい合う軸受面4aを有し、回転軸1を支持する。軸受4は、液冷媒によって潤滑されるすべり軸受である。図1における実線の矢印は、軸受4を潤滑する液冷媒の流れを概念的に示す。隔壁8は、排出空間6が介在した状態で軸受4の軸線方向における軸受4の端面4eと向かい合っている。すなわち、軸受4の軸線方向において隔壁8と軸受4との間には排出空間6が形成されている。排出空間6には、軸受4から排出される液冷媒が気相冷媒とともに貯留される。また、隔壁8は、貫通孔8aを有する。翼車2は、回転軸1の軸線方向において隔壁8から見て軸受4と反対側で気相冷媒が吸入される吸入空間5が介在した状態で隔壁8と向かい合う前面2aを有する。翼車2は、回転軸1に固定されている。翼車2は、回転軸1とともに回転することにより吸入空間5から気相冷媒を吸入する。隔壁8及び回転軸1は、貫通孔8aを形成する面と回転軸1の外周面との間に、絞り9を形成している。絞り9は、排出空間6から供給される気相冷媒によって満たされる。   As shown in FIG. 1, the turbo machine 100 a of the present disclosure includes a rotating shaft 1, a bearing 4, a partition wall 8, and an impeller 2. The turbo machine 100a is, for example, a turbo compressor. For example, the turbo machine 100a compresses a predetermined gas phase refrigerant such as water vapor. The rotating shaft 1 extends in the horizontal direction, for example. The bearing 4 has a bearing surface 4 a that faces the outer peripheral surface of the rotating shaft 1 in a state where the liquid refrigerant is interposed, and supports the rotating shaft 1. The bearing 4 is a sliding bearing lubricated with a liquid refrigerant. The solid arrows in FIG. 1 conceptually show the flow of the liquid refrigerant that lubricates the bearing 4. The partition wall 8 faces the end surface 4e of the bearing 4 in the axial direction of the bearing 4 with the discharge space 6 interposed therebetween. That is, a discharge space 6 is formed between the partition wall 8 and the bearing 4 in the axial direction of the bearing 4. In the discharge space 6, the liquid refrigerant discharged from the bearing 4 is stored together with the gas phase refrigerant. The partition wall 8 has a through hole 8a. The impeller 2 has a front surface 2a that faces the partition wall 8 with a suction space 5 through which a gas-phase refrigerant is sucked on the opposite side of the bearing 4 from the partition wall 8 in the axial direction of the rotary shaft 1. The impeller 2 is fixed to the rotary shaft 1. The impeller 2 sucks the gas phase refrigerant from the suction space 5 by rotating together with the rotating shaft 1. The partition wall 8 and the rotary shaft 1 form a diaphragm 9 between the surface that forms the through hole 8 a and the outer peripheral surface of the rotary shaft 1. The throttle 9 is filled with a gas phase refrigerant supplied from the discharge space 6.

ターボ機械100aに使用される冷媒は、例えば、常温(日本工業規格:20℃±15℃/JIS Z 8703)における飽和蒸気圧が絶対圧で大気圧よりも低い流体である。ターボ機械100aの冷媒は、例えば水である。吸入空間5には、気相冷媒が供給される。吸入空間5における気相冷媒の圧力は、大気圧よりも低く保たれている。吸入空間5における冷媒の圧力は、例えば、0.5〜5kPaAである。翼車2が回転軸1とともに回転すると、吸入空間5から吸入された気相冷媒が翼車2を通過して圧縮される。   The refrigerant used in the turbo machine 100a is, for example, a fluid having a saturated vapor pressure at an ordinary temperature (Japanese Industrial Standard: 20 ° C. ± 15 ° C./JIS Z 8703) and lower than the atmospheric pressure. The refrigerant of the turbo machine 100a is water, for example. A gas phase refrigerant is supplied to the suction space 5. The pressure of the gas phase refrigerant in the suction space 5 is kept lower than the atmospheric pressure. The pressure of the refrigerant in the suction space 5 is, for example, 0.5 to 5 kPaA. When the impeller 2 rotates with the rotary shaft 1, the gas-phase refrigerant sucked from the suction space 5 passes through the impeller 2 and is compressed.

図1に示すように、ターボ機械100aは、例えば、排出路10、貯留空間15、及び供給路16をさらに備えている。排出路10は、排出空間6に貯留された液冷媒をターボ機械100aの外部に排出するための流路である。貯留空間15は、回転軸1の軸線方向において軸受4から見て排出空間6の反対側に形成されている。貯留空間15には、軸受面4aと回転軸1の外周面との間に供給される液冷媒が貯留されている。供給路16は、液冷媒を貯留空間15に供給するための流路である。回転軸1の端は、貯留空間15に貯留された液冷媒に浸っている。回転軸1の内部には、回転軸1の端から回転軸1の軸線方向に延びている第一流路と、回転軸1の半径方向外側に第一流路から回転軸1の外周面まで延びている第二流路とが形成されている。貯留空間15に貯留された液冷媒は、回転軸1の回転による遠心作用により、回転軸1の内部の第一流路及び第二流路を通過して軸受面4aと回転軸1の外周面との間に供給される。供給された液冷媒は軸受面4aと回転軸1の外周面との間で液膜を形成し、回転軸1及び軸受4を潤滑するとともに冷却する。その後、一部の液冷媒は軸受4から排出空間6に排出される。回転による流体的な損失によって翼車2は発熱し、発生した熱は回転軸1によって排出空間6に伝わる。これにより、排出空間6に排出された液冷媒の一部は蒸発して気相冷媒に変化するので、排出空間6における冷媒は飽和状態(気液平衡状態)になる。このため、排出空間6が液冷媒の飽和蒸気圧に保たれており、排出空間6において液冷媒が気相冷媒とともに貯留される。なお、排出空間6における液冷媒の液面は絞り9よりも低い。   As shown in FIG. 1, the turbo machine 100a further includes, for example, a discharge path 10, a storage space 15, and a supply path 16. The discharge path 10 is a flow path for discharging the liquid refrigerant stored in the discharge space 6 to the outside of the turbo machine 100a. The storage space 15 is formed on the opposite side of the discharge space 6 when viewed from the bearing 4 in the axial direction of the rotary shaft 1. In the storage space 15, liquid refrigerant supplied between the bearing surface 4 a and the outer peripheral surface of the rotary shaft 1 is stored. The supply path 16 is a flow path for supplying the liquid refrigerant to the storage space 15. The end of the rotating shaft 1 is immersed in the liquid refrigerant stored in the storage space 15. Inside the rotating shaft 1, a first flow path extending in the axial direction of the rotating shaft 1 from the end of the rotating shaft 1, and extending radially outward of the rotating shaft 1 from the first flow path to the outer peripheral surface of the rotating shaft 1. The second flow path is formed. The liquid refrigerant stored in the storage space 15 passes through the first flow path and the second flow path inside the rotation shaft 1 by the centrifugal action caused by the rotation of the rotation shaft 1, and the bearing surface 4 a and the outer peripheral surface of the rotation shaft 1. Supplied during. The supplied liquid refrigerant forms a liquid film between the bearing surface 4a and the outer peripheral surface of the rotating shaft 1, and lubricates and cools the rotating shaft 1 and the bearing 4. Thereafter, a part of the liquid refrigerant is discharged from the bearing 4 to the discharge space 6. The impeller 2 generates heat due to fluid loss due to rotation, and the generated heat is transmitted to the discharge space 6 by the rotating shaft 1. Thereby, a part of the liquid refrigerant discharged into the discharge space 6 evaporates and changes to a gas-phase refrigerant, so that the refrigerant in the discharge space 6 becomes saturated (gas-liquid equilibrium state). For this reason, the discharge space 6 is maintained at the saturated vapor pressure of the liquid refrigerant, and the liquid refrigerant is stored together with the gas-phase refrigerant in the discharge space 6. The liquid level of the liquid refrigerant in the discharge space 6 is lower than that of the restriction 9.

排出空間6に貯留された冷媒は、翼車2で発生した熱に加えて、軸受4における粘性損失に伴う熱を受け取っているので、比較的高温である。例えば、排出空間6に貯留された冷媒は、吸入空間5における気相冷媒の温度よりも高い温度を有する。吸入空間5における気相冷媒も飽和状態に近く、排出空間6における冷媒の圧力(飽和蒸気圧)は、吸入空間5の圧力よりも高い。このように、排出空間6と吸入空間5との間には圧力差が生じる。この圧力差によって、排出空間6において液冷媒の蒸発により発生した気相冷媒は、絞り9を通って吸入空間5に流れ込む。この気相冷媒の流れにより排出空間6における冷媒の熱が蒸発熱として奪われることになるので、吸入空間5に流れ込む気相冷媒の流量が大きいと、排出空間6における冷媒の温度及び飽和蒸気圧が低下してしまう。しかし、ターボ機械100aにおいて、絞り9によって吸入空間5に流れ込む気相冷媒の流量が制限されており、これにより、排出空間6に貯留された冷媒の飽和蒸気圧が適切に保たれる。すなわち、排出空間6の圧力が低くなりすぎず、排出空間6と吸入空間5との間で適切な圧力差が生じる。絞り9は、このような観点から形成されており、例えば、回転軸1及び隔壁8は、排出空間6と吸入空間5との間に1kPa〜10kPaの圧力差が発生するように、絞り9を形成している。また、回転軸1の外周面と貫通孔8aを形成する面との間の平均隙間の大きさをG、貫通孔8aに挿入されている回転軸1の部分の直径をDと定義したとき、G/Dが例えば0.003〜0.01である。   Since the refrigerant stored in the discharge space 6 receives the heat accompanying the viscous loss in the bearing 4 in addition to the heat generated in the impeller 2, it is at a relatively high temperature. For example, the refrigerant stored in the discharge space 6 has a temperature higher than the temperature of the gas-phase refrigerant in the suction space 5. The gas-phase refrigerant in the suction space 5 is also close to saturation, and the refrigerant pressure (saturated vapor pressure) in the discharge space 6 is higher than the pressure in the suction space 5. In this way, a pressure difference is generated between the discharge space 6 and the suction space 5. Due to this pressure difference, the gas-phase refrigerant generated by the evaporation of the liquid refrigerant in the discharge space 6 flows into the suction space 5 through the throttle 9. Since the heat of the refrigerant in the discharge space 6 is lost as evaporation heat by the flow of the gas-phase refrigerant, if the flow rate of the gas-phase refrigerant flowing into the suction space 5 is large, the temperature of the refrigerant and the saturated vapor pressure in the discharge space 6 Will fall. However, in the turbo machine 100a, the flow rate of the gas-phase refrigerant flowing into the suction space 5 is restricted by the throttle 9, so that the saturated vapor pressure of the refrigerant stored in the discharge space 6 is appropriately maintained. That is, the pressure in the discharge space 6 does not become too low, and an appropriate pressure difference is generated between the discharge space 6 and the suction space 5. The throttle 9 is formed from such a viewpoint. For example, the rotary shaft 1 and the partition wall 8 are arranged so that a pressure difference of 1 kPa to 10 kPa is generated between the discharge space 6 and the suction space 5. Forming. When the size of the average gap between the outer peripheral surface of the rotating shaft 1 and the surface forming the through hole 8a is defined as G, and the diameter of the portion of the rotating shaft 1 inserted into the through hole 8a is defined as D, G / D is, for example, 0.003 to 0.01.

排出空間6における液冷媒の液面は絞り9よりも低く、絞り9は気相冷媒で満たされる。すなわち、排出空間6における液冷媒の液面は絞り9の最も低い部分の高さよりも低い。このため、排出空間6に貯留された液冷媒が吸入空間5に漏れ出すことが防止される。これにより、液冷媒が翼車2に衝突して翼車2が損傷することを防止できる。また、絞り9によって、排出空間6と吸入空間5との間に適切な圧力差が発生する。このため、回転軸1の軸線方向における軸受4の端面4eにおける圧力が適切に保たれ、回転軸1の外周面と軸受面4aとの間に介在する液冷媒が形成する液膜においてキャビテーションの発生が抑制される。その結果、軸受4の耐摩耗性を向上させることができ、ターボ機械100aが高い耐久性を有する。   The liquid refrigerant level in the discharge space 6 is lower than that of the restriction 9, and the restriction 9 is filled with the gas-phase refrigerant. That is, the liquid refrigerant level in the discharge space 6 is lower than the height of the lowest portion of the throttle 9. For this reason, the liquid refrigerant stored in the discharge space 6 is prevented from leaking into the suction space 5. Thereby, it can prevent that a liquid refrigerant collides with the impeller 2 and the impeller 2 is damaged. Further, the throttle 9 generates an appropriate pressure difference between the discharge space 6 and the suction space 5. For this reason, the pressure at the end surface 4e of the bearing 4 in the axial direction of the rotating shaft 1 is appropriately maintained, and cavitation occurs in the liquid film formed by the liquid refrigerant interposed between the outer peripheral surface of the rotating shaft 1 and the bearing surface 4a. Is suppressed. As a result, the wear resistance of the bearing 4 can be improved, and the turbo machine 100a has high durability.

図1に示すように、ターボ機械100aは、例えば、回転軸1を回転させるモータ3をさらに備えている。モータ3は、回転軸1の軸線方向において翼車2から見て隔壁8と反対側で翼車2に隣接して回転軸1に取り付けられている。モータ3はロータ3a及びステータ3bを備え、ロータ3aは回転軸1に固定されている。モータ3に電力が供給されることにより、ロータ3aが回転する。このとき、モータ3が発熱する。モータ3で発生した熱は回転軸1を通って排出空間6に伝わる。モータ3は翼車2に隣接して回転軸1に位置しているので、発熱部品であるモータ3及び翼車2が排出空間6の比較的近い位置に配置されている。このため、回転軸1を通って排出空間6に伝わる熱の量が比較的大きく、排出空間6に貯留された冷媒の飽和蒸気圧が高まりやすい。   As shown in FIG. 1, the turbo machine 100 a further includes, for example, a motor 3 that rotates the rotating shaft 1. The motor 3 is attached to the rotating shaft 1 adjacent to the impeller 2 on the side opposite to the partition wall 8 when viewed from the impeller 2 in the axial direction of the rotating shaft 1. The motor 3 includes a rotor 3 a and a stator 3 b, and the rotor 3 a is fixed to the rotating shaft 1. When electric power is supplied to the motor 3, the rotor 3a rotates. At this time, the motor 3 generates heat. The heat generated by the motor 3 is transmitted to the discharge space 6 through the rotating shaft 1. Since the motor 3 is located on the rotary shaft 1 adjacent to the impeller 2, the motor 3 and the impeller 2, which are heat generating components, are arranged relatively close to the discharge space 6. For this reason, the amount of heat transmitted to the discharge space 6 through the rotary shaft 1 is relatively large, and the saturated vapor pressure of the refrigerant stored in the discharge space 6 tends to increase.

ターボ機械100aは、様々な観点から変更可能である。ターボ機械100aは、例えば、図2に示す、ターボ機械100bのように変更されてもよい。ターボ機械100bは、特に説明をする場合を除き、ターボ機械100aと同様の構成を有する。ターボ機械100aの構成要素と同一又は対応する、ターボ機械100bの構成要素には、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。ターボ機械100aに関する説明は、技術的に矛盾しない限りターボ機械100bにも適用される。   The turbo machine 100a can be changed from various viewpoints. The turbo machine 100a may be changed to a turbo machine 100b illustrated in FIG. 2, for example. The turbo machine 100b has the same configuration as that of the turbo machine 100a unless otherwise described. Components that are the same as or correspond to components of the turbo machine 100a are assigned the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted. The description regarding the turbo machine 100a also applies to the turbo machine 100b unless there is a technical contradiction.

ターボ機械100bは、環状体11をさらに備えている。環状体11は、回転軸1の外周面から回転軸1の半径方向外側に延びつつ環状に形成され、排出空間6において隔壁8に隣接して配置されている。環状体11は、例えば、回転軸1の軸線方向において隔壁8に向かって直径が縮小するテーパー面を有する。例えば、環状体11は、回転軸1とは別部材として製造された部材であり、環状体11は、回転軸1に嵌められて固定されている。また、環状体11は、回転軸1と一体的に成形されてもよい。   The turbo machine 100 b further includes an annular body 11. The annular body 11 is formed in an annular shape while extending from the outer peripheral surface of the rotating shaft 1 to the radially outer side of the rotating shaft 1, and is disposed adjacent to the partition wall 8 in the discharge space 6. The annular body 11 has, for example, a tapered surface whose diameter decreases toward the partition wall 8 in the axial direction of the rotating shaft 1. For example, the annular body 11 is a member manufactured as a separate member from the rotating shaft 1, and the annular body 11 is fitted and fixed to the rotating shaft 1. The annular body 11 may be formed integrally with the rotary shaft 1.

何らかの理由で排出空間6における冷媒の加熱量が低下すると、排出空間6における飽和状態の冷媒の乾き度が低下し、排出空間6における冷媒液の液面の高さが上昇する可能性がある。排出空間6における冷媒液の液面の高さが絞り9の最も低い部分の高さを超えると、冷媒液の一部が絞り9を通過して吸入空間5に漏れ出す可能性がある。ターボ機械100bによれば、排出空間6における液冷媒の液面が上昇して液冷媒が絞り9に近づいても、環状体11が回転軸1とともに回転することにより発生する遠心作用により、液冷媒が絞り9から遠ざけられる。これにより、排出空間6に貯留された液冷媒が吸入空間5に漏れ出すことを防止できる。また、排出空間6の乾き度を増加させるために、絞り9による圧力損失を低下させて排出空間6における圧力を下げる必要がなくなる。このため、排出空間6に接する軸受4の端面4e付近で、回転軸1の外周面と軸受面4aとの間に介在する液冷媒が形成する液膜のサブクールが十分に大きくなり、液膜の内部におけるキャビテーションの発生が抑制されやすい。その結果、軸受4の耐摩耗性を向上させることができ、ターボ機械100bが高い耐久性を有する。   When the heating amount of the refrigerant in the discharge space 6 decreases for some reason, the dryness of the saturated refrigerant in the discharge space 6 may decrease, and the liquid level of the refrigerant liquid in the discharge space 6 may increase. If the liquid level of the refrigerant liquid in the discharge space 6 exceeds the height of the lowest part of the throttle 9, a part of the refrigerant liquid may pass through the throttle 9 and leak into the suction space 5. According to the turbo machine 100b, even if the liquid refrigerant level in the discharge space 6 rises and the liquid refrigerant approaches the throttle 9, the centrifugal action generated by the rotation of the annular body 11 together with the rotary shaft 1 causes the liquid refrigerant. Is moved away from the aperture 9. Thereby, it is possible to prevent the liquid refrigerant stored in the discharge space 6 from leaking into the suction space 5. Further, in order to increase the dryness of the discharge space 6, it is not necessary to reduce the pressure loss due to the restriction 9 and to reduce the pressure in the discharge space 6. For this reason, in the vicinity of the end surface 4e of the bearing 4 in contact with the discharge space 6, the subcool of the liquid film formed by the liquid refrigerant interposed between the outer peripheral surface of the rotating shaft 1 and the bearing surface 4a becomes sufficiently large. Occurrence of internal cavitation is likely to be suppressed. As a result, the wear resistance of the bearing 4 can be improved, and the turbo machine 100b has high durability.

ターボ機械100aは、例えば、図3に示す、ターボ機械100cのように変更されてもよい。ターボ機械100cは、特に説明をする場合を除き、ターボ機械100aと同様の構成を有する。ターボ機械100aの構成要素と同一又は対応する、ターボ機械100cの構成要素には、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。ターボ機械100aに関する説明は、技術的に矛盾しない限りターボ機械100cにも適用される。   The turbo machine 100a may be changed to a turbo machine 100c illustrated in FIG. 3, for example. The turbo machine 100c has the same configuration as that of the turbo machine 100a unless otherwise specified. Components that are the same as or correspond to components of the turbo machine 100a are assigned the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted. The description regarding the turbo machine 100a also applies to the turbo machine 100c as long as there is no technical contradiction.

ターボ機械100cにおいて、隔壁8は、隔壁8の内部に断熱構造12を有する。また、ターボ機械100cは、ターボ機械100bと同様に環状体11を備えている。ターボ機械100cにおいて環状体11は省略されてもよい。断熱構造12は、例えば、真空空間を形成している。断熱構造12は、ガラスウールなどの断熱材によって形成されてもよい。   In the turbo machine 100 c, the partition wall 8 has a heat insulating structure 12 inside the partition wall 8. The turbo machine 100c includes an annular body 11 as in the turbo machine 100b. In the turbo machine 100c, the annular body 11 may be omitted. The heat insulating structure 12 forms a vacuum space, for example. The heat insulating structure 12 may be formed of a heat insulating material such as glass wool.

排出空間6に貯留された冷媒が有する熱の一部は、絞り9を通過する気相冷媒の流れによる蒸発熱としてのみでなく、隔壁8における熱伝導によっても吸入空間5へ伝わる。ターボ機械100cによれば、断熱構造12により、排出空間6の温度及び排出空間6における冷媒の飽和蒸気圧の低下が抑制される。このため、排出空間6に接する軸受4の端面4e付近で、回転軸1の外周面と軸受面4aとの間に介在する液冷媒が形成する液膜のサブクールが十分に大きくなり、液膜の内部におけるキャビテーションの発生が抑制されやすい。これにより、軸受4の耐摩耗性を向上させることができ、ターボ機械100cが高い耐久性を有する。   Part of the heat of the refrigerant stored in the discharge space 6 is transmitted to the suction space 5 not only as evaporation heat due to the flow of the gas-phase refrigerant passing through the throttle 9 but also due to heat conduction in the partition wall 8. According to the turbo machine 100c, the heat insulation structure 12 suppresses the temperature of the discharge space 6 and the decrease in the saturated vapor pressure of the refrigerant in the discharge space 6. For this reason, in the vicinity of the end surface 4e of the bearing 4 in contact with the discharge space 6, the subcool of the liquid film formed by the liquid refrigerant interposed between the outer peripheral surface of the rotating shaft 1 and the bearing surface 4a becomes sufficiently large. Occurrence of internal cavitation is likely to be suppressed. Thereby, the abrasion resistance of the bearing 4 can be improved, and the turbo machine 100c has high durability.

本開示のターボ機械は、ターボ冷凍機及び業務用空調機等の空調製品に利用可能な冷凍サイクル装置の圧縮機に有用である。   The turbo machine of the present disclosure is useful for a compressor of a refrigeration cycle apparatus that can be used for air-conditioning products such as a turbo refrigerator and a commercial air conditioner.

1 回転軸
2 翼車
2a 前面
3 モータ
4 軸受
4a 軸受面
4e 端面
5 吸入空間
6 排出空間
8 隔壁
8a 貫通孔
9 絞り
11 環状体
100a、100b、100c ターボ機械
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating shaft 2 Impeller 2a Front surface 3 Motor 4 Bearing 4a Bearing surface 4e End surface 5 Suction space 6 Discharge space 8 Partition 8a Through-hole 9 Restriction 11 Annulus 100a, 100b, 100c Turbomachine

Claims (4)

回転軸と、
液冷媒が介在した状態で前記回転軸の外周面と向かい合う軸受面を有する、前記回転軸を支持する軸受と、
前記軸受から排出される前記液冷媒が気相冷媒とともに貯留される排出空間が介在した状態で前記軸受の軸線方向における前記軸受の端面と向かい合っており、前記回転軸が挿入された貫通孔を有する隔壁と、
前記回転軸の軸線方向において前記隔壁から見て前記軸受と反対側で気相冷媒が吸入される吸入空間が介在した状態で前記隔壁と向かい合う前面を有する、前記回転軸に固定された翼車であって、前記回転軸とともに回転することにより前記吸入空間から前記気相冷媒を吸入する翼車と、を備え、
前記隔壁及び前記回転軸は、前記貫通孔を形成する面と前記回転軸の外周面との間に、前記排出空間から供給される前記気相冷媒によって満たされる絞りを形成している、
ターボ機械。
A rotation axis;
A bearing that supports the rotating shaft, and has a bearing surface facing the outer peripheral surface of the rotating shaft in a state where a liquid refrigerant is interposed;
The liquid refrigerant discharged from the bearing faces the end surface of the bearing in the axial direction of the bearing with a discharge space in which the liquid refrigerant is stored together with the gas-phase refrigerant, and has a through hole into which the rotating shaft is inserted. A partition,
An impeller fixed to the rotating shaft, having a front surface facing the partition wall in a state where a suction space for sucking a gas-phase refrigerant is interposed on the opposite side of the bearing as viewed from the partition wall in the axial direction of the rotating shaft. An impeller for sucking the gas-phase refrigerant from the suction space by rotating together with the rotating shaft,
The partition and the rotary shaft form a throttle filled with the gas-phase refrigerant supplied from the discharge space between a surface forming the through hole and an outer peripheral surface of the rotary shaft.
Turbo machine.
前記回転軸の軸線方向において前記翼車から見て前記隔壁と反対側で前記翼車に隣接して前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸を回転させるモータをさらに備えた、請求項1に記載のターボ機械。   2. The motor according to claim 1, further comprising a motor that is attached to the rotating shaft adjacent to the impeller on the side opposite to the partition wall when viewed from the impeller in the axial direction of the rotating shaft and rotates the rotating shaft. Turbomachine. 前記回転軸の外周面から前記回転軸の半径方向外側に延びつつ環状に形成され、前記排出空間において前記隔壁に隣接して配置されている環状体をさらに備えている、請求項1又は2に記載のターボ機械。   3. The apparatus according to claim 1, further comprising an annular body that is formed in an annular shape while extending radially outward of the rotating shaft from an outer peripheral surface of the rotating shaft, and is disposed adjacent to the partition wall in the discharge space. The listed turbomachine. 前記隔壁は、当該隔壁の内部に断熱構造を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のターボ機械。   The turbomachine according to claim 1, wherein the partition wall has a heat insulating structure inside the partition wall.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2017081810A1 (en) * 2015-11-13 2018-07-19 三菱重工コンプレッサ株式会社 Centrifugal compressor

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