JP2017106364A - ターボ機械 - Google Patents

Abstract

【課題】高い信頼性を有するターボ機械を提供する。
【解決手段】
本開示のターボ機械（１ａ）は、回転軸（１０）と、すべり軸受（２０）と、ハウジング（３０）と、翼車（４０）と、隔壁（５０）と、を備えている。すべり軸受（２０）は、すべり面（２１）を有する。翼車（４０）は、ハウジング（３０）に形成された吸入空間（３１）から気相の流体を吸入する。隔壁（５０）は、排出空間（１５）を形成する。すべり軸受（２０）は、すべり面（２１）の第一の端（２１ａ）から排出空間（１５）に向かって延びているストレート面（２１ｓ）を有する。すべり軸受（２０）は、すべり面（２１）の第二の端（２１ｂ）とストレート面（２１ｓ）との間に位置する特定位置（２１ｃ）よりも第二の端（２１ｂ）に近い端部（２１ｅ）で、特定位置（２１ｃ）におけるすべり軸受（２０）の内径よりも大きい内径を有する。
【選択図】図１

Description

本開示は、ターボ機械に関する。

従来、ターボ機械として、ヒートポンプシステム又は冷凍サイクル装置に用いられ、蒸発器において冷媒液を蒸発させて発生した冷媒ガスを圧縮して凝縮器へ送る圧縮機が知られている。また、ターボ機械である圧縮機を備えた、水又は水蒸気を作動流体として使用するヒートポンプシステムにおいて、圧縮機を支持する軸受として、軸受の潤滑剤が水である水軸受を用いる技術が知られている。

例えば、特許文献１には、図８に示すように、蒸発器３４２、圧縮機３３４、及び電動機３０１と、配管系統とを含むヒートポンプ装置を備えたヒートポンプシステム３００が記載されている。このヒートポンプ装置の作動流体は水である。給水系統３３１から供給された作動流体である液水が蒸発器３４２に供給される。蒸発器３４２において、温水系統３４０の温水と熱交換した液水は、蒸発して水蒸気に相変化する。作動流体であるこの水蒸気は、圧縮機３３４の第一段３３３及び第二段３３２で昇温昇圧され配管３２４を介して熱利用設備３２０に供給される。

圧縮機３３４のロータは、軸受３５１に支持されている。具体的に、図９に示すように、インペラ３８１が接続されているロータ軸３８０が軸受３５１によって支持されている。給水系統３５３から供給された潤滑水は軸受３５１付近で潤滑剤としての機能を果たしながら摩擦熱を吸収し、排水系統３５４を通って蒸発器３４２に回収される。このように、軸受３５１の潤滑剤として水が使用されている。これにより、潤滑剤の漏れによって圧縮機３３４の主流蒸気が油で汚染されることが防止されている。

潤滑水の局所的な温度が飽和温度以上である部分が一部でもある場合は、軸受３５１の信頼性が低下する。なぜなら、潤滑水の温度が飽和温度を超える場合は、潤滑水が蒸発しようとするために気泡が発生する可能性があり、気泡が発生すると、軸受面の液膜に切れ目が生じて摩擦損失が大きくなる可能性があるからである。また、軸受面とロータ軸の金属面同士が直接接触し、急激に軸受が損傷する可能性もある。そこで、ヒートポンプシステム３００では、軸受３５１に供給される潤滑水の温度を、飽和温度から１５℃のマージンを減じた温度である潤滑水設定温度から軸受潤滑時の温度上昇分（３０℃〜５０℃）を減じた温度以下に設定することにより、軸受３５１の信頼性の低下を抑制している。

特開２００７−２２４８６８号公報

特許文献１に記載の圧縮機は、信頼性を向上させる余地を有する。そこで、本開示は、高い信頼性を有するターボ機械を提供する。

本開示は、
回転軸と、
液相の流体を介在させた状態で前記回転軸の外周面と向かい合うすべり面を有し、前記回転軸を支持するすべり軸受と、
気相の前記流体が吸入される吸入空間を形成するハウジングと、
前記回転軸に固定され、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気相の前記流体を吸入する翼車と、
前記回転軸の軸線方向において前記翼車と前記すべり軸受との間で前記回転軸の周囲に形成された隔壁であって、前記すべり面と前記回転軸の前記外周面との間の隙間に連通し、前記隙間から流出した液相の前記流体が貯留される排出空間を形成する隔壁と、を備え、
前記すべり軸受は、当該すべり軸受の軸線方向における前記すべり面の第一の端から前記排出空間に向かって当該すべり軸受の軸線に平行に延びているストレート面を前記すべり面の一部として有し、かつ、当該すべり軸受の軸線方向において前記排出空間に接している前記すべり面の第二の端と前記ストレート面との間に位置する特定位置よりも前記第二の端に近い端部で、前記特定位置における当該すべり軸受の内径よりも大きい内径を有する、
ターボ機械を提供する。

上記のターボ機械は、高い信頼性を有する。

第１実施形態に係るターボ機械を示す断面図 図１のターボ機械の一部を拡大した断面図 変形例に係るターボ機械の一部を拡大した断面図 第２実施形態に係るターボ機械を示す断面図 別の変形例に係るターボ機械の一部を拡大した断面図 第３実施形態に係るターボ機械を示す断面図 さらに別の変形例に係るターボ機械の一部を拡大した断面図 従来のヒートポンプシステムを示す図 図８のヒートポンプシステムの一部を拡大した図

特許文献１に記載の圧縮機３３４は、ヒートポンプシステム３００の運転条件によっては、高速回転で動作する必要がある。この場合、圧縮機３３４のロータ軸３８０の周速が高速となり、軸受３５１内部の潤滑水の速度成分が増加することによって潤滑水の内部に乱れが発生し圧力が低下する。特に、潤滑水が排出される軸受３５１の端部に存在する潤滑水は、軸受３５１における潤滑水の流れの下流側に位置するので、軸受３５１において最も低い圧力を有し、軸受３５１の潤滑により軸受３５１において最も高い温度を有する。このため、潤滑水が排出される軸受３５１の端部に存在する潤滑水は、軸受３５１において最も蒸発しやすい。このため、潤滑水が排出される軸受３５１の端部において最も気泡が発生しやすい。また、インペラ３８１に作動流体である水蒸気が供給される空間の圧力は、ヒートポンプシステム３００の運転条件によって変動するので、軸受３５１の端部における圧力も変動する。このため、軸受３５１に供給される潤滑水の温度を調整したとしても、軸受３５１の内部の潤滑水において局所的に気泡が生じる可能性を完全には除去できない。これに加えて、圧縮機３３４が高速回転で動作されることに伴ってロータ軸３８０が振動するので、ロータ軸３８０と軸受３５１とが接触する可能性がある。このため、圧縮機３３４は信頼性を向上させる余地を有している。なお、同様の課題は、ターボ機械の作動流体及び潤滑剤が水である場合はもとより、ターボ機械の作動流体及び潤滑剤が同一種類の物質である場合に起こり得る。本開示のターボ機械は、本発明者らによるこのような知見に基づいて案出されたものである。

本開示の第１態様は、
回転軸と、
液相の流体を介在させた状態で前記回転軸の外周面と向かい合うすべり面を有し、前記回転軸を支持するすべり軸受と、
気相の前記流体が吸入される吸入空間を形成するハウジングと、
前記回転軸に固定され、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気相の前記流体を吸入する翼車と、
前記回転軸の軸線方向において前記翼車と前記すべり軸受との間で前記回転軸の周囲に形成された隔壁であって、前記すべり面と前記回転軸の前記外周面との間の隙間に連通し、前記隙間から流出した液相の前記流体が貯留される排出空間を形成する隔壁と、を備え、
前記すべり軸受は、当該すべり軸受の軸線方向における前記すべり面の第一の端から前記排出空間に向かって当該すべり軸受の軸線に平行に延びているストレート面を前記すべり面の一部として有し、かつ、当該すべり軸受の軸線方向において前記排出空間に接している前記すべり面の第二の端と前記ストレート面との間に位置する特定位置よりも前記第二の端に近い端部で、前記特定位置における当該すべり軸受の内径よりも大きい内径を有する、
ターボ機械を提供する。

第１態様によれば、すべり軸受のすべり面と回転軸の外周面との間の隙間から流出した液相の流体が貯留される排出空間が形成され、排出空間における圧力が安定する。これにより、すべり面と回転軸の外周面との間の隙間に存在する液相の流体が蒸発して気泡が発生する領域が拡大することが抑制されている。加えて、すべり軸受は、特定位置よりもすべり面の第二の端に近い端部において、特定位置におけるすべり軸受の内径よりも大きい内径を有する。このため、すべり軸受の軸線方向における端部付近で気泡が発生したとしても、回転軸とすべり軸受とが接触しにくい。その結果、第１態様のターボ機械が高い信頼性を有する。

本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記端部における前記すべり軸受の内径は、前記第二の端に向かって連続的又は段階的に増加している、ターボ機械を提供する。第２態様によれば、すべり面と回転軸の外周面との間の隙間のうち、気泡が発生する可能性が高い箇所ほど、すべり面と回転軸の外周面との半径方向における距離が大きくなる。このため、すべり軸受の軸線方向における端部付近で気泡が発生したとしても、回転軸とすべり軸受とがより確実に接触しにくい。

本開示の第３態様は、第１態様に加えて、前記端部における前記すべり軸受の内径は、前記端部の全体において一定である、ターボ機械を提供する。第３態様によれば、すべり面の端部が簡素な形状を有するので、すべり軸受の製造が容易である。

本開示の第４態様は、第１態様〜第３態様のいずれか１つの態様に加えて、前記すべり軸受は、前記隙間に開口している、液相の前記流体の供給流路をさらに有する、ターボ機械を提供する。第４態様によれば、回転軸の回転による影響を受けることなく、すべり面と回転軸の外周面との間の隙間に液相の流体が供給されるので、その隙間に存在する液相の流体において回転軸の回転による乱れが発生しにくい。これにより、すべり面と回転軸の外周面との間の隙間において気泡の発生を抑制できる。その結果、液相の流体の温度が上昇した場合でも、すべり面の端部付近において液相の流体の液膜が適切に形成され、すべり軸受と回転軸との接触が防止される。

本開示の第５態様は、第１態様〜第４態様のいずれか１つの態様に加えて、前記回転軸は、当該回転軸の内部において当該回転軸の端から当該回転軸の軸線に沿って延びている第一流路及び前記第一流路から当該回転軸の前記外周面に延びて前記隙間に開口している第二流路を含んでいる、液相の前記流体の供給流路をさらに有する、ターボ機械を提供する。第５態様によれば、回転軸の内部の供給流路を通って、すべり面と回転軸の外周面との間の隙間に供給される液相の流体の圧力が、回転軸の回転による遠心作用によって高められる。このため、すべり面の端部付近においてすべり面と回転軸の外周面との間の隙間に存在する液相の流体の圧力も高まり、液膜が適切に形成されやすい。このため、すべり軸受と回転軸との接触が防止される。

本開示の第６態様は、第５態様に加えて、前記すべり軸受は、前記回転軸の前記外周面における前記第二流路の開口の周囲で前記すべり面に形成された環状の溝を有する、ターボ機械を提供する。第６態様によれば、すべり面に環状の溝が形成されていることによって、すべり面と回転軸の外周面との間の隙間において、回転軸の回転による遠心作用によって回転軸の内部の供給流路で高められた液相の流体の圧力の影響が及ぶ範囲が大きい。これにより、すべり面と回転軸の外周面との間の隙間に供給される液相の流体の圧力をより確実に高めることができる。

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。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、本開示のターボ機械１ａは、回転軸１０と、すべり軸受２０と、ハウジング３０と、翼車４０と、隔壁５０と、を備えている。ターボ機械１ａは、例えばターボ圧縮機である。回転軸１０は、例えば水平方向に延びている。すべり軸受２０は、液相の流体を介在させた状態で回転軸１０の外周面１１と向かい合うすべり面２１を有し、回転軸１０を支持する。すべり軸受２０は、回転軸１０の少なくともラジアル方向の荷重を支持する部品である。ハウジング３０は、ターボ機械１ａの作動流体である気相の流体が吸入される吸入空間３１を形成する。吸入空間３１に吸入される気相の流体と、すべり面２１と回転軸１０の外周面１１との間に介在する液相の流体とは、同一種類の物質である。この物質は、例えば水である。翼車４０は回転軸１０に固定されている。翼車４０は、回転軸１０とともに回転することにより吸入空間３１から気相の流体を吸入する。気相の流体は翼車４０を通過することによって圧縮される。図１における破線の矢印は気相の流体の流れを概念的に示す。例えば、すべり軸受２０は、回転軸１０の軸線方向における翼車４０よりも回転軸１０の端１０ｅに近い位置でハウジング３０の内部に収容されている。隔壁５０は、回転軸１０の軸線方向において翼車４０とすべり軸受２０との間で回転軸１０の周囲に形成されている。また、隔壁５０は、排出空間１５を形成している。排出空間１５は、回転軸１０の軸線方向においてすべり軸受２０と吸入空間３１との間に形成されている。排出空間１５は、すべり面２１と回転軸１０の外周面１１との間の隙間２５に連通し、隙間２５から流出した液相の流体が貯留される空間である。

図２に示すように、すべり軸受２０は、ストレート面２１ｓをすべり面２１の一部として有している。ストレート面２１ｓは、すべり軸受２０の軸線方向におけるすべり面２１の第一の端２１ａから排出空間１５に向かってすべり軸受２０の軸線に平行に延びている。加えて、すべり軸受２０は、特定位置２１ｃよりも、すべり軸受２０の軸線方向において排出空間１５に接しているすべり面２１の第二の端２１ｂに近い端部２１ｅで、特定位置２１ｃにおけるすべり軸受２０の内径よりも大きい内径を有する。ここで、特定位置２１ｃは、すべり軸受２０の軸線方向において、第二の端２１ｂとストレート面２１ｓとの間に位置する。

ハウジング３０の内部には、吸入空間３１に加えて、排出空間１５も形成されている。例えば、隔壁５０は、ハウジング３０の内部に形成されている。回転している翼車４０に液体が衝突すると翼車４０が損傷する可能性がある。このため、隔壁５０は、すべり軸受２０から排出される液相の流体が翼車４０に向かって漏れ出すことを防ぐ。例えば、隔壁５０は回転軸１０が挿入されている貫通孔を有し、この貫通孔を形成する隔壁５０の面と回転軸１０の外周面１１との間に、例えば、円環状の隙間が形成されている。この隙間の幅は、例えば、すべり面２１と回転軸１０の外周面１１との隙間２５の幅よりも大きい。回転軸１０が挿入されている貫通孔を形成する隔壁５０の面と回転軸１０の外周面１１との間に形成される隙間は、回転軸１０と隔壁５０が接触しない限り、円環状以外の形状を有していてもよい。

ハウジング３０には、例えば、吸入空間３１に作動流体である気相の流体を供給するための吸入路１６が形成されている。また、例えば、ハウジング３０の内部には、回転軸１０の軸線方向においてすべり軸受２０から見て排出空間１５の反対側に貯留空間７０が形成されている。貯留空間７０は、隙間２５に供給されるべき液相の流体が貯留される空間である。また、ターボ機械１ａは、例えば、貯留空間７０に液相の流体を供給するための給液路７１を有する。回転軸１０の端１０ｅは、例えば、貯留空間７０に貯留された液相の流体に浸っている。

回転軸１０は、例えば電動機（図示省略）に接続されており、電動機が作動することによって回転軸１０とともに翼車４０が回転する。これにより、作動流体である気相の流体が吸入路１６を通って吸入空間３１に流入した後、翼車４０に吸入される。気相の流体は翼車４０を通過することによって圧縮される。

ターボ機械１ａの作動流体の種類は特に制限されないが、例えば、常温（日本工業規格：２０℃±１５℃）における飽和蒸気圧が絶対圧で大気圧よりも低い物質である。ターボ圧縮機であるターボ機械１ａは、例えば、流体の飽和蒸気圧に近い圧力で運転される。ターボ機械１ａの吸入空間３１における気相の流体の圧力は、作動流体が水である場合、例えば、０．５〜５ｋＰａＡである。一方、ターボ機械１ａから吐出された気相の流体の圧力は、例えば、５〜１５ｋＰａＡである。

図１における実線の矢印は、液相の流体の流れを概念的に示す。液相の流体は、例えば、すべり軸受２０の軸線方向におけるすべり面２１の両端（第一の端２１ａ及び第二の端２１ｂ）のうち翼車４０からの距離がより大きい第一の端２１ａと、回転軸１０の外周面１１との間から隙間２５に供給される。隙間２５に供給された液相の流体は、第一の端２１ａから第二の端２１ｂへ隙間２５を通過して排出空間１５に排出される。これにより、回転軸１０が支持され、隙間２５を流れる液相の流体によって、回転軸１０の回転により生じた熱が奪われる。このようにして、液相の流体が回転軸１０及びすべり軸受２０を潤滑し冷却する。排出空間１５に排出された液相の流体は、排出空間１５において一時的に貯留された後、排出路５１を通ってターボ機械１ａの外部に排出される。

隙間２５の大きさは、ターボ機械１ａの運転中に液相の流体によって回転軸１０及びすべり軸受２０を流体潤滑できるように定められている。隙間２５における液相の流体の圧力は第二の端２１ｂに近いほど低くなり、隙間２５における液相の流体の温度は第二の端２１ｂに近いほど高くなる。また、回転軸１０が高速で回転することにより、隙間２５における液相の流体に乱れが生じて液相の流体の圧力が低下する。このため、すべり面２１の端部２１ｅ付近において液相の流体が蒸発して気泡が発生しやすい。しかし、排出空間１５が形成されていることによって、すべり面２１の第二の端２１ｂ付近における液相の流体の圧力が安定する。また、すべり軸受２０が、端部２１ｅで、特定位置２１ｃにおけるすべり軸受２０の内径よりも大きい内径を有することにより、端部２１ｅで気泡が発生しても、すべり軸受２０と回転軸１０との接触を防止できる。

すべり軸受２０の軸線方向における端部２１ｅの長さは特に制限されないが、この長さをＬと定義し、かつ、すべり軸受２０の軸線方向におけるすべり面２１の全体の長さをＭと定義したとき、Ｌ／Ｍは、例えば、０．０３〜０．３である。また、端部２１ｅにおけるすべり軸受２０の内径は、特定位置２１ｃにおけるすべり軸受２０の内径より大きい限り特に制限されない。特定位置２１ｃにおけるすべり軸受２０の内径をＤと定義し、かつ、すべり面２１の第二の端２１ｂにおけるすべり軸受２０の内径の最大値をＤ＋２Δｒと定義したとき、２Δｒ／Ｄは、例えば０．０００５〜０．０２５である。例えば、すべり面２１の第二の端２１ｂにおいて、すべり軸受２０の内径が最大である。

例えば、翼車４０、回転軸１０、及び電動機の回転子を含む回転体の重量の合計が３０ｋｇであり、回転体の、ＪＩＳ（日本工業規格） Ｂ ０９０５：１９９２に規定された釣合い良さの等級がＧ２．５である場合を考える。この場合、すべり軸受２０の軸線方向の長さは例えば３０ｍｍであり、かつ、すべり軸受２０の軸線方向におけるすべり面２１の端部２１ｅの長さは例えば３ｍｍである。また、すべり面２１の端部２１ｅは、例えばＲ＝４００ｍｍのクラウニング加工によって形成されている。

端部２１ｅにおけるすべり軸受２０の内径は、例えば、第二の端２１ｂに向かって連続的又は段階的に増加している。この場合、隙間２５のうち、気泡が発生する可能性が高い箇所ほど、すべり面２１と回転軸１０の外周面１１との半径方向における距離が大きくなる。このため、すべり軸受２０の軸線方向における端部付近で気泡が発生したとしても、回転軸１０とすべり軸受２０との接触をより確実に防止できる。

（変形例）
ターボ機械１ａは、様々な観点から変更可能である。例えば、図１において、ターボ機械１ａは、１つの翼車４０を備えているが、２段以上の複数段の翼車を備えているように変更されてもよい。また、図３に示すように、ターボ機械１ａは、端部２１ｅにおけるすべり軸受２０の内径が端部２１ｅの全体において一定であるように変更されてもよい。例えば、端部２１ｅは、すべり軸受２０の軸線に平行に延びている。この場合、クラウニング加工によって端部２１ｅを形成する場合に比べて、より簡素に端部２１ｅを形成することができ、すべり軸受２０の製造が容易である。

翼車４０、回転軸１０、及び電動機の回転子を含む回転体の重量の合計が３０ｋｇであり、回転体の、ＪＩＳ（日本工業規格） Ｂ ０９０５：１９９２に規定された釣合い良さの等級がＧ２．５である場合を考える。この場合、すべり軸受２０の軸線方向の長さは例えば３０ｍｍであり、かつ、すべり軸受２０の軸線方向におけるすべり面２１の端部２１ｅの長さは例えば３ｍｍである。また、すべり面２１ｅの端部２１ｅの全体においてすべり軸受２０の内径が一定であり、Δｒが例えば８μｍである。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係るターボ圧縮機１ｂについて説明する。ターボ圧縮機１ｂは、特に説明する場合を除き、ターボ機械１ａと同様に構成される。ターボ機械１ｂの構成要素のうち、ターボ機械１ａの構成要素と同一又は対応する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第１実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、第２実施形態についてもあてはまる。

図４に示すように、ターボ機械１ｂにおいて、すべり軸受２０は、隙間２５に開口している、液相の流体の供給流路２３をさらに有する。供給流路２３の出口は、例えば、すべり軸受２０の軸線方向において、すべり面２１の端部２１ｅよりもすべり面２１の第一の端２１ａの近くに位置している。また、供給流路２３は、すべり軸受２０の半径方向にすべり軸受２０を貫通している。

図４における実線の矢印は、液相の作動流体の流れを概念的に示す。ターボ機械１ｂの外部から供給経路２３を通って液相の流体が隙間２５に供給される。これにより、すべり軸受２０の内周面から液相の流体が供給される。供給経路２３を通って供給される液相の流体は、回転軸１０の回転の影響を受けにくい。このため、隙間２５における液相の流体に乱れが発生することが防止され、気泡の発生が抑制される。すべり面２１の端部２１ｅ付近に形成される液膜の圧力が高まり、液相の流体の温度が上昇しても、すべり面２１の端部２１ｅ付近に液膜が保たれやすい。なお、ターボ機械１ａと同様に、貯留空間７０に貯留された液相の作動流体は、すべり面２１の第一の端２１ａと回転軸１０の外周面１１との間を通過して隙間２５に供給される。

（変形例）
ターボ機械１ｂは、様々な観点から変更可能である。例えば、図５に示すように、すべり軸受２０は、複数の供給経路２３を有していてもよい。これにより、隙間２５における液相の作動流体の圧力を高めやすい。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係るターボ圧縮機１ｃについて説明する。ターボ圧縮機１ｃは、特に説明する場合を除き、ターボ機械１ａと同様に構成される。ターボ機械１ｃの構成要素のうち、ターボ機械１ａの構成要素と同一又は対応する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第１実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、第３実施形態についてもあてはまる。

図６に示すように、ターボ機械１ｃの回転軸１０は、第一流路１７ａ及び第二流路１７ｂを含んでいる、液相の流体の供給流路１７をさらに有する。第一流路１７ａは、回転軸１０の内部において回転軸１０の端１０ｅから回転軸１０の軸線に沿って延びている。第二流路１７ｂは、第一流路１７ａから回転軸１０の外周面１１に延びて隙間２５に開口している。例えば、供給流路１７は、回転軸１０の周方向に並んだ４つの第二流路１７ｂを含んでいる。供給流路１７は、回転軸１０の端１０ｅに形成された流入口１７ｉを有し、かつ、回転軸１０の外周面１１に形成された流出口１７ｏを有する。流出口１７ｏは、すべり軸受２０のすべり面２１と向かい合っている。流出口１７ｏは、回転軸１０の外周面１１に形成された第二流路１７ｂの開口である。

図６の実線の矢印は、液相の流体の流れを概念的に示す。回転軸１０の回転に伴う遠心作用により、供給流路１７の第二流路１７ｂにおいて、液相の流体が加圧される。このように、供給流路１７は、回転軸１０の回転を利用したポンプ機構として機能する。このため、貯留空間７０に貯留された液相の流体は、流入口１７ｉ、第一流路１７ａ、第二流路１７ｂ、及び流出口１７ｏを通過して、所定の圧力で、隙間２５に供給される。回転軸１０の回転数の増加に伴って第二流路１７ｂを通過する液相の流体にかかる遠心力が増加するので、回転軸１０の回転数の増加に伴って回転軸１０とすべり軸受２０との間の隙間２５に供給される液相の流体の圧力を高めることができる。これにより、すべり面２１の端部２１ｅ付近において液相の流体の圧力が高まり、すべり面２１の端部２１ｅ付近において気泡が発生しにくく、気泡が発生する領域を小さくできる。このため、ターボ機械１ｃが高速回転で動作するときでも、すべり面２１の端部２１ｅ付近において液膜が保たれやすい。なお、ターボ機械１ａと同様に、貯留空間７０に貯留された液相の作動流体は、すべり面２１の第一の端２１ａと回転軸１０の外周面１１との間を通過して隙間２５に供給される。

（変形例）
ターボ機械１ｃは、様々な観点から変更可能である。例えば、供給流路１７は、回転軸１０の周方向に１〜３又は５つ以上の第二流路１７ｂを含んでいてもよい。また、図７に示すように、ターボ機械１ｃは、すべり軸受２０が環状の溝２７を有するように変更されてもよい。環状の溝２７は、回転軸１０の外周面１１における第二流路１７ｂの開口（流出口１７ｏ）の周囲ですべり面２１に形成されている。環状の溝２７によって、回転軸１０の回転により第二流路１７ｂにおいて高められた液相の流体の圧力の影響が及ぶ範囲が、流出口１７ｏ付近の領域から環状の溝２７の内部の全体までに広がる。これにより、回転軸１０とすべり軸受２０との間の隙間２５に供給される液相の流体の圧力を確実に高めることができる。

本開示のターボ機械は、ヒートポンプ、冷凍機、及び空調機に有用である。

１ａ、１ｂ、１ｃ ターボ機械
１０ 回転軸
１１ 外周面
１５ 排出空間
１７ 供給流路
１７ａ 第一流路
１７ｂ 第二流路
１７ｏ 開口
２０ すべり軸受
２１ すべり面
２１ａ 第一の端
２１ｂ 第二の端
２１ｃ 特定位置
２１ｅ 端部
２１ｓ ストレート面
２３ 供給流路
２５ 隙間
２７ 環状の溝
３０ ハウジング
３１ 吸入空間
４０ 翼車
５０ 隔壁

Claims (6)

1. 回転軸と、
   液相の流体を介在させた状態で前記回転軸の外周面と向かい合うすべり面を有し、前記回転軸を支持するすべり軸受と、
   気相の前記流体が吸入される吸入空間を形成するハウジングと、
   前記回転軸に固定され、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気相の前記流体を吸入する翼車と、
   前記回転軸の軸線方向において前記翼車と前記すべり軸受との間で前記回転軸の周囲に形成された隔壁であって、前記すべり面と前記回転軸の前記外周面との間の隙間に連通し、前記隙間から流出した液相の前記流体が貯留される排出空間を形成する隔壁と、を備え、
   前記すべり軸受は、当該すべり軸受の軸線方向における前記すべり面の第一の端から前記排出空間に向かって当該すべり軸受の軸線に平行に延びているストレート面を前記すべり面の一部として有し、かつ、当該すべり軸受の軸線方向において前記排出空間に接している前記すべり面の第二の端と前記ストレート面との間に位置する特定位置よりも前記第二の端に近い端部で、前記特定位置における当該すべり軸受の内径よりも大きい内径を有する、
   ターボ機械。
2. 前記端部における前記すべり軸受の内径は、前記第二の端に向かって連続的又は段階的に増加している、請求項１に記載のターボ機械。
3. 前記端部における前記すべり軸受の内径は、前記端部の全体において一定である、請求項１に記載のターボ機械。
4. 前記すべり軸受は、前記隙間に開口している、液相の前記流体の供給流路をさらに有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のターボ機械。
5. 前記回転軸は、当該回転軸の内部において当該回転軸の端から当該回転軸の軸線に沿って延びている第一流路及び前記第一流路から当該回転軸の前記外周面に延びて前記隙間に開口している第二流路を含んでいる、液相の前記流体の供給流路をさらに有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のターボ機械。
6. 前記すべり軸受は、前記回転軸の前記外周面における前記第二流路の開口の周囲で前記すべり面に形成された環状の溝を有する、請求項５に記載のターボ機械。

Images