JP2017223187A - Turbomachine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ターボ機械に関する。 The present disclosure relates to turbomachines.
ヒートポンプ装置及び冷凍サイクル装置では、回転する翼車の運動エネルギーを利用して冷媒の圧力を高めるターボ圧縮機等のターボ機械が使用されることがある。 In the heat pump apparatus and the refrigeration cycle apparatus, a turbo machine such as a turbo compressor that uses the kinetic energy of the rotating impeller to increase the pressure of the refrigerant may be used.
例えば、特許文献1には、遠心翼車を有する圧縮機構部を備えたヒートポンプ装置が記載されている。このヒートポンプ装置の圧縮−膨張冷却サイクル(冷凍サイクル)に使用される流体(冷媒)は水であり、遠心翼車が取り付けられている軸を支持する軸受に水軸受が利用されている。換言すると、特許文献1には、冷凍サイクルの冷媒と同一種類の流体を遠心翼車が取り付けられている軸を支持する軸受の潤滑に利用することが記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a heat pump device including a compression mechanism having a centrifugal impeller. The fluid (refrigerant) used in the compression-expansion cooling cycle (refrigeration cycle) of this heat pump device is water, and a water bearing is used as a bearing that supports a shaft to which a centrifugal impeller is attached. In other words, Patent Document 1 describes that the same type of fluid as the refrigerant in the refrigeration cycle is used for lubricating the bearing that supports the shaft to which the centrifugal impeller is attached.
また、モータ及び発電機等の回転装置において、回転軸の振動低減のためにスクイーズフィルムダンパーを構成する軸受支持構造が知られている。 In addition, in a rotating device such as a motor and a generator, a bearing support structure that constitutes a squeeze film damper is known for reducing vibration of a rotating shaft.
例えば、特許文献2には、図5に示す通り、軸受支持構造300が記載されている。軸受支持構造300は、回転軸306を支持するための軸受305と、軸受ケース304と、軸受ハウジングとしての蓋部材302とを備えている。軸受305は玉軸受である。軸受ケース304は、軸受305を支持している。蓋部材302には、給油経路326が形成されている。軸受ケース304の外周面には、第1給油溝341、第2給油溝342、大径部343、及び排油溝344が形成されている。排油溝344の中間位置にはOリング溝345が形成されている。軸受ケース304の両端部のそれぞれには、円周方向に3つの排油口347が形成されている。3つの排油口347のうちの1つは、鉛直上側に位置するように形成されている。排油口347は、排油溝344の一部を軸受ケース304の内周面側に開放する。軸受ケース304は、Oリング溝345に嵌め込まれたOリング333を介して蓋部材302の円筒部の内周面322aに対し弾性的に支持されている。これにより、大径部343は、内周面322aとの間で0.1mm程度の僅かな平行隙間を形成し、この平行隙間に油が供給されることによってスクイーズフィルムダンパーが構成される。
For example, Patent Document 2 describes a
油は、給油経路326を通じて第1給油溝341に供給され、さらに第2給油溝342を通過して大径部343に送られる。大径部343を通過した油は、排油溝344に達する。大径部343を通過した油は、排油口347を通過して排出される。この際、排油口347の一部が鉛直上側に配置されているので、排油口347を通じて排出された油が回転軸306に対して直上より供給され、軸受305に対して供給される。これにより、スクイーズフィルムダンパーとしての効果を得るために供給する油が同時に軸受305の潤滑油としても作用する。
The oil is supplied to the first
特許文献1及び2に記載の技術に鑑みると、ターボ機械の信頼性を高める余地がある。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。 In view of the techniques described in Patent Documents 1 and 2, there is room for improving the reliability of the turbomachine. Thus, the present disclosure provides a turbo machine having high reliability.
本開示は、
回転軸と、
前記回転軸の外周面との間に潤滑剤である冷媒を受け入れる環状の隙間を形成する内周面を有し、前記回転軸を支持する円筒状の流体軸受と、
前記流体軸受の外周面との間に前記潤滑剤によってスクイーズフィルムダンパーを形成するための環状空間を形成する内周面を有し、前記流体軸受を取り囲む軸受ハウジングと、
前記環状の隙間に供給されるべき前記潤滑剤が貯留される貯留空間を形成する潤滑剤ケースと、
前記潤滑剤ケースに接続され、前記貯留空間に前記潤滑剤を供給する供給管と、
前記供給管に接続され、前記貯留空間に向かって前記潤滑剤を圧送するポンプと、を備え、
前記流体軸受は、前記貯留空間に接する第一開口及び前記環状空間に接する第二開口を含むとともに前記第一開口から前記第二開口まで延びている供給孔を有し、
前記軸受ハウジングは、前記環状空間から当該軸受ハウジングの外部に向かって延びている排出孔を有する、
ターボ機械を提供する。
This disclosure
A rotation axis;
A cylindrical fluid bearing that has an inner peripheral surface that forms an annular gap for receiving a coolant that is a lubricant between the outer peripheral surface of the rotary shaft and supports the rotary shaft;
A bearing housing having an inner peripheral surface forming an annular space for forming a squeeze film damper with the lubricant between the outer peripheral surface of the fluid bearing and surrounding the fluid bearing;
A lubricant case that forms a storage space in which the lubricant to be supplied to the annular gap is stored;
A supply pipe connected to the lubricant case and supplying the lubricant to the storage space;
A pump connected to the supply pipe and pumping the lubricant toward the storage space;
The fluid bearing includes a first opening that contacts the storage space and a second opening that contacts the annular space, and has a supply hole extending from the first opening to the second opening,
The bearing housing has a discharge hole extending from the annular space toward the outside of the bearing housing.
Provide turbomachinery.
上記のターボ機械は、高い信頼性を有する。 The above turbomachine has high reliability.
<本発明者らの検討に基づく知見>
ターボ圧縮機等のターボ機械は、多くの場合、高速回転で運転される。ターボ機械において回転体を高速で回転させると、回転軸の周速が速く摩擦損失が大きくなりやすい。摩擦損失を低減するために、低粘度の潤滑剤を使用することが考えられる。特許文献1に記載の技術によれば、冷媒と同一種類の流体である水が軸受の潤滑剤として使用されており、軸受の潤滑剤の粘度は低いと考えられる。このため、特許文献1に記載の技術は、摩擦損失を低減する観点からは有利である。しかし、低粘度の潤滑剤を使用すると、軸受の減衰係数が低下して、ターボ機械の回転体の共振点に対応する危険速度における減衰比が低下する可能性がある。このため、ターボ機械において振動が増加する可能性がある。また、ターボ機械は高速回転で運転される必要があるので、ターボ機械は多くの危険速度で運転される必要があり、オイルホワールのような不安定振動を抑えて軸受の安定性を高める必要がある。
<Knowledge based on studies by the present inventors>
Turbomachines such as turbocompressors are often operated at high speed. When a rotating body is rotated at a high speed in a turbo machine, the peripheral speed of the rotating shaft is high and friction loss tends to increase. In order to reduce friction loss, it is conceivable to use a low viscosity lubricant. According to the technique described in Patent Document 1, water, which is the same type of fluid as the refrigerant, is used as a bearing lubricant, and the viscosity of the bearing lubricant is considered to be low. For this reason, the technique described in Patent Document 1 is advantageous from the viewpoint of reducing friction loss. However, if a low viscosity lubricant is used, the damping coefficient of the bearing may be reduced, and the damping ratio at the critical speed corresponding to the resonance point of the turbomachine rotor may be reduced. For this reason, vibration may increase in the turbomachine. In addition, since turbomachines need to be operated at high speed, turbomachines need to be operated at many dangerous speeds, and it is necessary to suppress unstable vibrations such as oil whirls and improve bearing stability. is there.
そこで、これらの問題を解決するために、減衰機構としてスクイーズフィルムダンパーを利用することが考えられる。スクイーズフィルムダンパーは、特許文献2に記載のように、例えば、軸受の外周面に軸受ケースを設けたうえで軸受を軸受ケースに固定し、軸受ケースと軸受ハウジングとの間の隙間に形成されることが多い。なお、特許文献2では、特許文献2に記載の技術を冷凍サイクルのターボ機械に利用することは想定されておらず、軸受305の潤滑のために冷媒ではなく油が使用されている。このため、特許文献2に記載の技術を、特許文献1に記載の技術と組み合わせる動機は通常発生しない。しかし、仮に、冷凍サイクルのターボ機械において、特許文献2に記載の技術に倣い、冷媒と同一種類の流体をスクイーズフィルムダンパーに供給した後に軸受の潤滑に利用したとしても、次のような問題が発生する。
In order to solve these problems, it is conceivable to use a squeeze film damper as a damping mechanism. The squeeze film damper is formed in a gap between the bearing case and the bearing housing, for example, by providing a bearing case on the outer peripheral surface of the bearing and fixing the bearing to the bearing case as described in Patent Document 2. There are many cases. In Patent Document 2, it is not assumed that the technique described in Patent Document 2 is applied to a turbomachine of a refrigeration cycle, and oil is used instead of a refrigerant for lubricating the
冷媒と同一種類の流体である潤滑剤は、軸受ハウジングと軸受ケースとの隙間を通過するときに軸受を冷却しにくい。このため、軸受が高温に保たれやすい。冷媒は油の沸点よりも低い沸点を有することが多い。このため、冷媒と同一種類の流体である潤滑剤が軸受と回転軸との隙間を通過するときに高温の軸受の内周面付近で潤滑剤の温度が上昇してキャビテーションが発生しやすい。このため、キャビテーションの発生により軸受の潤滑が不十分となり軸受が損傷する可能性がある。その結果、ターボ機械の信頼性が低下する可能性がある。 The lubricant, which is the same type of fluid as the refrigerant, is difficult to cool the bearing when passing through the gap between the bearing housing and the bearing case. For this reason, a bearing is easy to be kept at high temperature. The refrigerant often has a boiling point lower than that of oil. For this reason, when the lubricant, which is the same type of fluid as the refrigerant, passes through the gap between the bearing and the rotary shaft, the temperature of the lubricant rises in the vicinity of the inner peripheral surface of the high-temperature bearing, and cavitation tends to occur. For this reason, the lubrication of the bearing becomes insufficient due to the occurrence of cavitation, and the bearing may be damaged. As a result, the reliability of the turbomachine may be reduced.
本発明者らは、このような課題を新たに見出したうえで、この課題を解決するための手段について日夜検討を重ね、本開示のターボ機械を案出した。なお、上記の知見は、本発明者らの検討に基づく知見であり、上記の知見を先行技術として自認するわけではない。 The inventors have newly found such a problem, and have repeatedly studied day and night on means for solving the problem, and have devised a turbo machine of the present disclosure. In addition, said knowledge is knowledge based on examination of the present inventors, and does not necessarily admit said knowledge as prior art.
本開示の第1態様は、
回転軸と、
前記回転軸の外周面との間に潤滑剤である冷媒を受け入れる環状の隙間を形成する内周面を有し、前記回転軸を支持する円筒状の流体軸受と、
前記流体軸受の外周面との間に前記潤滑剤によってスクイーズフィルムダンパーを形成するための環状空間を形成する内周面を有し、前記流体軸受を取り囲む軸受ハウジングと、
前記環状の隙間に供給されるべき前記潤滑剤が貯留される貯留空間を形成する潤滑剤ケースと、
前記潤滑剤ケースに接続され、前記貯留空間に前記潤滑剤を供給する供給管と、
前記供給管に接続され、前記貯留空間に向かって前記潤滑剤を圧送するポンプと、を備え、
前記流体軸受は、前記貯留空間に接する第一開口及び前記環状空間に接する第二開口を含むとともに前記第一開口から前記第二開口まで延びている供給孔を有し、
前記軸受ハウジングは、前記環状空間から当該軸受ハウジングの外部に向かって延びている排出孔を有する、
ターボ機械を提供する。
The first aspect of the present disclosure is:
A rotation axis;
A cylindrical fluid bearing that has an inner peripheral surface that forms an annular gap for receiving a coolant that is a lubricant between the outer peripheral surface of the rotary shaft and supports the rotary shaft;
A bearing housing having an inner peripheral surface forming an annular space for forming a squeeze film damper with the lubricant between the outer peripheral surface of the fluid bearing and surrounding the fluid bearing;
A lubricant case that forms a storage space in which the lubricant to be supplied to the annular gap is stored;
A supply pipe connected to the lubricant case and supplying the lubricant to the storage space;
A pump connected to the supply pipe and pumping the lubricant toward the storage space;
The fluid bearing includes a first opening that contacts the storage space and a second opening that contacts the annular space, and has a supply hole extending from the first opening to the second opening,
The bearing housing has a discharge hole extending from the annular space toward the outside of the bearing housing.
Provide turbomachinery.
第1態様によれば、ポンプにより圧力が高められた貯留空間に貯留された潤滑剤は、回転軸の外周面と流体軸受の内周面との間の環状の隙間に供給されて液膜を形成して流体軸受を潤滑する。加えて、貯留空間に貯留された潤滑剤は、供給孔を通って環状空間に供給され、スクイーズフィルムダンパーを形成した後、排出孔を通って排出される。このように、潤滑剤が環状空間に供給される前に供給孔を通過するので、流体軸受から潤滑剤へ受け渡される熱の量が多く、流体軸受の温度上昇が抑制された状態で流体軸受における熱収支が安定しやすい。これにより、回転軸の外周面と流体軸受の内周面との間の環状の隙間に供給されて液膜を形成している潤滑剤の温度が沸点以下に保たれやすく、キャビテーションの発生が抑制されて流体軸受を良好に潤滑できる。その結果、第1態様のターボ機械は高い信頼性を有する。 According to the first aspect, the lubricant stored in the storage space whose pressure has been increased by the pump is supplied to the annular gap between the outer peripheral surface of the rotating shaft and the inner peripheral surface of the fluid bearing, and the liquid film is formed. Form and lubricate fluid bearings. In addition, the lubricant stored in the storage space is supplied to the annular space through the supply hole, and after forming the squeeze film damper, the lubricant is discharged through the discharge hole. Thus, since the lubricant passes through the supply hole before being supplied to the annular space, the amount of heat transferred from the fluid bearing to the lubricant is large, and the fluid bearing is in a state in which the temperature rise of the fluid bearing is suppressed. The heat balance at is easy to stabilize. As a result, the temperature of the lubricant that is supplied to the annular gap between the outer peripheral surface of the rotating shaft and the inner peripheral surface of the fluid bearing and forms a liquid film is easily kept below the boiling point, and the occurrence of cavitation is suppressed. Thus, the fluid bearing can be lubricated well. As a result, the turbomachine of the first aspect has high reliability.
本開示の第2態様は、第1態様に加えて、前記供給孔は、前記流体軸受の半径方向において前記第二開口よりも内側に前記第一開口を含み、かつ、前記流体軸受の軸線に対して傾斜した軸線を有する、ターボ機械を提供する。第2態様によれば、供給孔を通過する潤滑剤によって流体軸受の内周面付近を効果的に冷却できる。このため、環状の隙間における潤滑剤の温度上昇を抑制できる。加えて、流体軸受に供給孔を形成するための加工が容易である。 According to a second aspect of the present disclosure, in addition to the first aspect, the supply hole includes the first opening inside the second opening in a radial direction of the fluid bearing, and is on the axis of the fluid bearing. A turbomachine having an axis inclined with respect to the same is provided. According to the second aspect, the vicinity of the inner peripheral surface of the fluid bearing can be effectively cooled by the lubricant passing through the supply hole. For this reason, the temperature rise of the lubricant in the annular gap can be suppressed. In addition, processing for forming the supply hole in the fluid bearing is easy.
本開示の第3態様は、第1態様又は第2態様に加えて、前記回転軸の軸線方向に前記流体軸受から離れて形成された吸入空間において前記回転軸に固定された翼車をさらに備え、前記軸受ハウジングは、前記流体軸受の前記翼車側の端面に隣接するとともに前記吸入空間に連通している排出空間を形成する隔壁を有し、前記排出孔は、前記排出空間に開口している、ターボ機械を提供する。排出孔における潤滑剤は、ポンプの働きにより吸入空間における冷媒の圧力よりも高い圧力を有する。排出空間は吸入空間に連通しているので、排出孔における潤滑剤の圧力と吸入空間における冷媒の圧力との差によって排出孔から排出空間に潤滑剤が排出される。また、排出孔における潤滑剤の圧力と吸入空間における冷媒の圧力との差により、供給孔、環状空間、及び排出孔における潤滑剤の流量が増加する。このため、流体軸受から潤滑剤へ受け渡される熱の量が多く、より確実に、流体軸受の温度上昇が抑制された状態で流体軸受における熱収支が安定しやすい。これにより、回転軸の外周面と流体軸受の内周面との間の環状の隙間に供給されて液膜を形成している潤滑剤の温度がより確実に沸点以下に保たれやすく、キャビテーションの発生をより確実に抑制できる。このため、流体軸受をより確実に良好に潤滑できる。その結果、第3態様のターボ機械は高い信頼性を有する。 In addition to the first aspect or the second aspect, the third aspect of the present disclosure further includes an impeller fixed to the rotary shaft in a suction space formed away from the fluid bearing in the axial direction of the rotary shaft. The bearing housing has a partition wall that is adjacent to the end surface of the fluid bearing on the impeller side and forms a discharge space that communicates with the suction space, and the discharge hole opens into the discharge space. Provide turbomachinery. The lubricant in the discharge hole has a pressure higher than the pressure of the refrigerant in the suction space by the action of the pump. Since the discharge space communicates with the suction space, the lubricant is discharged from the discharge hole into the discharge space due to the difference between the pressure of the lubricant in the discharge hole and the pressure of the refrigerant in the suction space. Further, the flow rate of the lubricant in the supply hole, the annular space, and the discharge hole increases due to the difference between the pressure of the lubricant in the discharge hole and the pressure of the refrigerant in the suction space. For this reason, the amount of heat transferred from the fluid bearing to the lubricant is large, and the heat balance in the fluid bearing is likely to be stabilized in a state where the temperature rise of the fluid bearing is suppressed more reliably. As a result, the temperature of the lubricant that is supplied to the annular gap between the outer peripheral surface of the rotating shaft and the inner peripheral surface of the fluid bearing and forms a liquid film is more easily maintained below the boiling point. Generation can be suppressed more reliably. For this reason, a fluid bearing can be lubricated more reliably and reliably. As a result, the turbomachine of the third aspect has high reliability.
本開示の第4態様は、
ターボ機械を運転する方法であって、
(i)第1態様〜第3態様のいずれか1つの態様のターボ機械を提供し、
(ii)前記回転軸を回転させ、
(iii)前記ポンプを作動させて前記貯留空間に前記潤滑剤を圧送し、
(iv)前記ポンプによって高められた前記潤滑剤の圧力により前記貯留空間から前記供給孔を通過させて前記環状空間に前記潤滑剤を供給し、
(v)前記環状空間から前記排出孔を通過させて前記流体軸受の外部に前記潤滑剤を排出する、
方法を提供する。
The fourth aspect of the present disclosure is:
A method of operating a turbomachine,
(I) providing a turbomachine according to any one of the first to third aspects;
(Ii) rotating the rotating shaft;
(Iii) operating the pump to pump the lubricant into the storage space;
(Iv) supplying the lubricant to the annular space by passing the supply hole from the storage space by the pressure of the lubricant increased by the pump;
(V) discharging the lubricant from the annular space to the outside of the fluid bearing through the discharge hole;
Provide a method.
第4態様によれば、第1態様〜第3態様のターボ機械が高い信頼性を発揮できる。 According to the fourth aspect, the turbo machine according to the first to third aspects can exhibit high reliability.
本開示の第5態様は、第4態様に加えて、
(i)において、第3態様のターボ機械を提供し、
前記排出孔における前記潤滑剤は、前記ポンプによって前記潤滑剤の圧力が高められていることにより、前記吸入空間における前記冷媒の圧力よりも高い圧力を有し、
(v)において、前記排出孔における前記潤滑剤の圧力と前記吸入空間における前記冷媒の圧力との差により、前記環状空間から前記排出孔を通過させて前記排出空間に前記潤滑剤を排出する、
方法を提供する。
The fifth aspect of the present disclosure includes, in addition to the fourth aspect,
In (i), the turbomachine of the third aspect is provided,
The lubricant in the discharge hole has a pressure higher than the pressure of the refrigerant in the suction space by increasing the pressure of the lubricant by the pump.
In (v), due to the difference between the pressure of the lubricant in the discharge hole and the pressure of the refrigerant in the suction space, the lubricant is discharged from the annular space through the discharge hole to the discharge space.
Provide a method.
第5態様によれば、第3態様のターボ機械がより確実に高い信頼性を発揮できる。 According to the fifth aspect, the turbo machine of the third aspect can exhibit high reliability more reliably.
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.
<第1実施形態>
図1に示す通り、第1実施形態に係るターボ機械1aは、回転軸11と、流体軸受31と、軸受ハウジング32と、潤滑剤ケース34と、供給管40と、ポンプ60とを備えている。ターボ機械1aは、典型的には冷凍サイクルに用いられる。ターボ機械1aは、典型的にはターボ圧縮機である。ターボ機械1aは、場合によっては、冷媒のエネルギーから回転動力を生成するとともに冷媒の圧力を低減するタービンであってもよい。以下、ターボ機械1aがターボ圧縮機である場合を例にターボ機械1aを説明する。
<First Embodiment>
As shown in FIG. 1, the turbo machine 1 a according to the first embodiment includes a
流体軸受31は、回転軸11の外周面との間に潤滑剤である冷媒を受け入れる環状の隙間50を形成する内周面を有し、回転軸11を支持する円筒状の部品である。軸受ハウジング32は、流体軸受31の外周面との間に潤滑剤によってスクイーズフィルムダンパーを形成するための環状空間51を形成する内周面を有し、流体軸受31を取り囲んでいる。潤滑剤ケース34は、潤滑剤が貯留される貯留空間34aを形成する。供給管40は、潤滑剤ケース34に接続されている。供給管40は、貯留空間34aに潤滑剤を供給するための配管である。ポンプ60は、供給管40に接続されており、貯留空間34aに向かって潤滑剤を圧送する。流体軸受31は供給孔52を有する。供給孔52は、貯留空間34aに接する第一開口52a及び環状空間51に接する第二開口52bを含むとともに第一開口52aから第二開口52bまで延びている。軸受ハウジング52は排出孔53を有する。排出孔53は、環状空間51から軸受ハウジング32の外部に向かって延びている。
The
流体軸受31、軸受ハウジング32、潤滑剤ケース34、供給管40、及びポンプ60によって軸受装置30aが構成されている。
The
ターボ機械1aは、例えば、以下の(i)〜(v)のステップを含む方法で運転される。(i)ターボ機械1aを提供する。(ii)回転軸11を回転させる。(iii)ポンプ60を作動させて貯留空間34aに潤滑剤を圧送する。(iv)ポンプ60によって高められた潤滑剤の圧力により貯留空間34aから供給孔52を通過させて環状空間51に潤滑剤を供給する。(v)環状空間51から排出孔53を通過させて流体軸受31の外部に潤滑剤を排出する。
The turbo machine 1a is operated by a method including the following steps (i) to (v), for example. (I) The turbo machine 1a is provided. (Ii) The rotating
ターボ機械1aでは、ポンプ60によって冷凍サイクルの冷媒の一部が貯留空間34aに向かって圧送される。貯留空間34aに圧送された冷媒は典型的には液体状態である。ポンプ60は、例えば、冷媒液が貯留された冷凍サイクルの蒸発器又は凝縮器等のコンポーネントに配管によって接続されている。図2における矢印は潤滑剤の流れを概念的に示す。図2に示す通り、貯留空間34aに貯留された液体状態の冷媒は、ポンプ60によって高められた圧力を有することにより、潤滑剤として環状の隙間50に供給される。環状の隙間50の半径方向の寸法は、回転軸11及び流体軸受31に対し流体潤滑が可能であるように定められている。環状の隙間50に供給された潤滑剤は、環状の隙間50を通って回転軸11の回転により生じた熱を奪って環状の隙間50から排出される。このように、ターボ機械1aでは、典型的には、冷凍サイクルの冷媒が潤滑剤として用いられる。これにより、流体軸受31は、少なくともラジアル方向に回転軸11を支持する。
In the turbo machine 1a, a part of the refrigerant in the refrigeration cycle is pumped by the
図2に示す通り、貯留空間34aに貯留された液体状態の冷媒である潤滑剤の一部は、ポンプ60によって高められた圧力を有することにより、供給孔52を通って環状空間51に供給され、スクイーズフィルムダンパーを形成する。その後、潤滑剤は、環状空間51から排出孔53を通って排出される。冷媒である潤滑剤の粘度は、通常、潤滑油の粘度と比べて低い。ターボ機械1aでは、このように環状空間51においてスクイーズフィルムダンパーが形成されるので、潤滑剤が低粘度であることによる減衰性能の低下を抑制でき、回転軸11が危険速度で回転しているときでもターボ機械1aで振動が発生しにくい。
As shown in FIG. 2, a part of the lubricant that is a liquid refrigerant stored in the
加えて、潤滑剤が環状空間51に供給される前に供給孔52を通過するので、流体軸受31から潤滑剤へ受け渡される熱の量が多く、流体軸受31の温度上昇が抑制された状態で流体軸受31における熱収支が安定しやすい。これにより、回転軸11の外周面と流体軸受31の内周面との間の環状の隙間50に供給されて液膜を形成している潤滑剤の温度が沸点以下に保たれやすく、キャビテーションの発生が抑制されて流体軸受31を良好に潤滑できる。その結果、ターボ機械1aは高い信頼性を発揮できる。
In addition, since the lubricant passes through the
図2に示す通り、供給孔52は、流体軸受31の半径方向において第二開口52bよりも内側に第一開口52aを含む。また、供給孔52は、例えば、第一開口52aから流体軸受31の軸線方向に延びる第一部分及び第二開口52に向かって半径方向に延びる第二部分を含み、第一部分と第二部分とが供給孔52の途中でつながっている。
As shown in FIG. 2, the
潤滑剤は、冷凍サイクルの冷媒と同一種類の流体である限り特に制限されないが、例えば水である。 The lubricant is not particularly limited as long as it is the same type of fluid as the refrigerant of the refrigeration cycle, but is, for example, water.
図2に示す通り、軸受装置30aは、例えば、弾性部材33をさらに備えている。複数(例えば2つ)の弾性部材33が、流体軸受31の外周面と軸受ハウジング32の内周面との間で流体軸受31の軸線方向に離れて配置されている。これにより、流体軸受31の軸線方向において隣り合う2つの弾性部材33同士の間にスクイーズフィルムダンパーを形成するための環状空間51が形成されている。また、弾性部材33によって、軸受ハウジング32の内部で流体軸受31が適切に保持される。弾性部材33は、例えば、合成ゴムでできたOリングである。流体軸受31の外周面及び軸受ハウジング32の内周面の少なくとも一方には、弾性部材33の一部を収容するための溝が形成されていてもよい。
As shown in FIG. 2, the bearing
図1に示す通り、ターボ機械1aは、例えば、翼車12、ハウジング20、電動機80をさらに備えている。軸受ハウジング32は、ハウジング20の内部でハウジング20に取り付けられている。ハウジング20の内部には吸入空間71が形成されている。吸入空間71は、回転軸11の軸線方向に流体軸受31から離れて形成されている。図2に示す通り、軸受ハウジング32は、例えば、外縁部32a、内縁部32b、及び複数の連結部32cを備えている。外縁部32aは、筒状であり、ハウジング20に取り付けられている。内縁部32bは、筒状であり、外縁部32aよりも半径方向内側に形成され、環状空間51を形成する内周面を有する。複数の連結部32cは、周方向において所定の間隔で配置されており、外縁部32aと内縁部32bとを連結している。複数の連結部32cのそれぞれは柱状である。隣り合う連結部32c同士の間に形成された空間により、吸入空間71に向かって冷媒を供給するための吸入路72が形成されている。
As shown in FIG. 1, the turbo machine 1 a further includes, for example, an
図1に示す通り、ハウジング20は連通孔54を有する。連通孔54は、排出孔53と連なってターボ機械1aの外部に向かって延びている。これにより、環状空間51に供給された潤滑剤をターボ機械1aの外部に排出できる。
As shown in FIG. 1, the
図1に示す通り、翼車12は、吸入空間71において回転軸11に固定されている。流体軸受31は、例えば、回転軸11の軸線方向において翼車12よりも回転軸11の端に近い位置に配置されている。なお、図1において1つの翼車12が示されているが、回転軸11には、複数段の翼車12が固定されていてもよい。
As shown in FIG. 1, the
回転軸11は、例えば水平方向に延びている円柱状の中実な部材である。回転軸11は、翼車12とともに回転体10を形成している。回転軸11は、例えばストレート部及びテーパー部を含む。ストレート部は、回転軸11の軸線方向において一定の半径を有する。テーパー部は、回転軸11の軸線方向において回転軸11の端に向かって減少する半径を有する。テーパー部は、回転軸11の軸線方向においてストレート部の端から回転軸11の端に延びている。
The rotating
流体軸受31の内周面は、例えば、回転軸11のテーパー部及びテーパー部に接するストレート部の一部と向かい合っている。流体軸受31の内周面は、例えば、ストレート穴及びテーパー穴を形成している。ストレート穴は、流体軸受31の軸線方向に一定の半径を有する。テーパー穴は、ストレート穴に連なって延びており、ストレート穴から遠ざかるにつれて減少する半径を有する。これにより、ラジアル方向及びスラスト方向に回転軸11を支持できる。
The inner peripheral surface of the
潤滑剤ケース34は、例えば、流体軸受31の軸線方向において流体軸受31から見て翼車12の反対側に配置されている。例えば、図2に示す通り、潤滑剤ケース34は、特定方向に開口した椀状のケースであり、潤滑剤ケース34の縁が軸受ハウジング32の内縁部32bに固定されている。例えば、軸線方向における回転軸11の端及び流体軸受31の端面が貯留空間34aと接している。第一開口52aは、例えば、軸線方向における流体軸受31の端面に形成されている。
The
供給管40は潤滑剤ケース34を貫通して延びており、供給管40の一端が貯留空間34aに開口している。供給管40の他端は、例えば、ポンプ60の吐出口に接続されている。供給管40は、単一の配管によって又は直列に連結された複数の配管によって構成されている。
The
図1に示す通り、電動機80は、回転子81、固定子82、及び固定子ハウジング83を備えている。回転子81は、円筒状の部材であり、「焼きばめ」により回転軸11に固定されている。固定子82は円筒状の部材であり、固定子82の内周面と回転子81の外周面との間には所定間隔の隙間が形成されている。固定子82の外周面は固定子ハウジング83に固定されている。軸線方向における固定子ハウジング83の端面は、例えば、軸線方向におけるハウジング20の端面に固定されている。なお、回転子81は、「焼きばめ」に代えて、例えば、カップリングを用いて回転軸11に固定されていてもよい。
As shown in FIG. 1, the
電動機80が作動することにより、回転体10が回転する。これにより、冷媒は、吸入路72を通って吸入空間71に流入し、翼車12に導かれる。翼車12に導入された冷媒には、翼車12を通過する過程で運動エネルギーが付与される。その後、翼車12を通過した冷媒の運動エネルギーが圧力エネルギーに変換されることによって冷媒が圧縮される。
When the
ターボ機械1aの運転条件は特に制限されないが、例えば、吸入空間71において冷媒の圧力は負圧である。換言すると、吸入空間71において冷媒の圧力は、絶対圧で大気圧より低い圧力である。
Although the operating conditions of the turbo machine 1a are not particularly limited, for example, the refrigerant pressure is negative in the
(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、ターボ機械1aの軸受装置30aは、図3に示す軸受装置30bに変更されてもよい。軸受装置30bは、特に説明する場合を除き、軸受装置30aと同様に構成されている。軸受装置30aの構成要素と同一又は対応する軸受装置30b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。軸受装置30aに関する説明は技術的に矛盾しない限り軸受装置30bにもあてはまる。
(Modification)
The turbo machine 1a can be changed from various viewpoints. For example, the
図3に示す通り、軸受装置30bにおいて、供給孔52は、流体軸受31の半径方向において第二開口52bよりも内側に第一開口52aを含み、かつ、流体軸受31の軸線に対して傾斜した軸線を有する。これにより、流体軸受31の内周面の近くに供給孔52の一部が形成されるので、供給孔52を通過する潤滑剤によって流体軸受31の内周面付近を効果的に冷却できる。このため、環状の隙間50における潤滑剤の温度上昇を抑制できる。また、第一開口52aから第二開口52bまで供給孔52を一定の方向に形成すればよいので、供給孔52を形成するための流体軸受31の穿孔方向の切替に要する工数を削減できる。すなわち、軸受装置30bによれば、流体軸受31に供給孔52を形成するための加工が容易である。
As shown in FIG. 3, in the
<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係るターボ機械1bについて説明する。ターボ機械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1aと同一又は対応するターボ機械1b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。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実施形態にもあてはまる。
Second Embodiment
Next, a
ターボ機械1bは、軸受装置30aの代わりに軸受装置30cを備えている。図4に示す通り、ターボ機械1bは、翼車12をさらに備えている。翼車12は、回転軸11の軸線方向に流体軸受31から離れて形成された吸入空間71において回転軸11に固定されている。軸受装置30cの軸受ハウジング32は隔壁35を有する。隔壁35は排出空間55を形成する。排出空間55は、流体軸受31の翼車12側の端面に隣接するとともに吸入空間71に連通している空間である。
The
軸受ハウジング32は、例えば、流体軸受31の軸線方向において流体軸受31の翼車12側の端面よりも翼車12側に突出している。隔壁35は、例えば軸受ハウジング32の翼車12側の端で流体軸受31の半径方向に延びている。隔壁35は、回転軸11の直径よりもわずかに大きい孔径を有する貫通孔を有し、回転軸11はこの貫通孔に挿入されている。回転軸11の外周面と隔壁35の貫通孔を形成する内周面との間に環状の隙間35aが形成されている。これにより、排出空間55が吸入空間71に連通している。加えて、隔壁35は、排出空間55に導かれた潤滑剤が液体状態のまま環状の隙間35aを通って吸入空間71に進入することを防止する。環状の隙間35aの半径方向の幅は、例えば、環状の隙間50の半径方向の幅よりも大きいが、液体状態の潤滑剤が吸入空間71に進入することを防止できる程度の大きさに定められている。これにより、回転している翼車12に液体が衝突して翼車12が損傷することを防止できる。なお、回転軸11が隔壁35と接触しない限り、回転軸11の外周面と隔壁35の貫通孔を形成する内周面との間には環状以外の形状の隙間が形成されてもよい。
For example, the bearing
ターボ機械1bは、ターボ機械1aと同様に以下のステップを含む方法で運転される。(i)ターボ機械1bを提供する。(ii)回転軸11を回転させる。(iii)ポンプ60を作動させて貯留空間34aに潤滑剤を圧送する。(iv)ポンプ60によって高められた潤滑剤の圧力により貯留空間35aから供給孔52を通過させて環状空間51に潤滑剤を供給する。(v)環状空間51から排出孔53を通過させて流体軸受31の外部に潤滑剤を排出する。ここで、排出孔53における潤滑剤は、ポンプ60によって潤滑剤の圧力が高められていることにより、吸入空間71における冷媒の圧力よりも高い圧力を有する。加えて、(v)において、排出孔53における潤滑剤の圧力と吸入空間71における冷媒の圧力との差により、環状空間51から排出孔53を通過させて排出空間55に潤滑剤を排出する。
The
このように、排出孔53における潤滑剤の圧力と吸入空間71における冷媒の圧力との差によって排出孔53から排出空間55に潤滑剤が排出される。また、排出孔53における潤滑剤の圧力と吸入空間71における冷媒の圧力との差により、供給孔52、環状空間51、及び排出孔53における潤滑剤の流量が増加する。このため、流体軸受31から潤滑剤へ受け渡される熱の量が多く、より確実に、流体軸受31の温度上昇が抑制された状態で流体軸受31における熱収支が安定しやすい。これにより、回転軸11の外周面と流体軸受31の内周面との間の環状の隙間50に供給されて液膜を形成している潤滑剤の温度がより確実に沸点以下に保たれやすく、キャビテーションの発生をより確実に抑制できる。このため、流体軸受31をより確実に良好に潤滑できる。その結果、ターボ機械1bは高い信頼性を有する。
Thus, the lubricant is discharged from the
環状の隙間50は、例えば、排出空間55に開口している。これにより、環状の隙間50を通って回転軸11及び流体軸受31を潤滑した潤滑剤が排出空間55に導かれる。
For example, the
図4に示す通り、軸受ハウジング32は放出孔56をさらに有する。放出孔56は、排出空間55に接している開口から軸受ハウジング32の外部空間に接している開口まで延びている孔である。これにより、環状の隙間50又は排出孔53を通って排出空間55に導かれた潤滑剤を放出孔56から軸受ハウジング32の外部、ひいてはターボ機械1bの外部に放出できる。
As shown in FIG. 4, the bearing
本開示のターボ機械は、ヒートポンプ、冷凍機、及び空気調和機に有用である。 The turbo machine of the present disclosure is useful for a heat pump, a refrigerator, and an air conditioner.
1a、1b ターボ機械
11 回転軸
12 翼車
31 流体軸受
32 軸受ハウジング
34 潤滑剤ケース
35 隔壁
40 供給管
50 環状の隙間
51 環状空間
52 供給孔
52a 第一開口
52b 第二開口
53 排出孔
55 排出空間
60 ポンプ
71 吸入空間
1a,
Claims (5)
前記回転軸の外周面との間に潤滑剤である冷媒を受け入れる環状の隙間を形成する内周面を有し、前記回転軸を支持する円筒状の流体軸受と、
前記流体軸受の外周面との間に前記潤滑剤によってスクイーズフィルムダンパーを形成するための環状空間を形成する内周面を有し、前記流体軸受を取り囲む軸受ハウジングと、
前記環状の隙間に供給されるべき前記潤滑剤が貯留される貯留空間を形成する潤滑剤ケースと、
前記潤滑剤ケースに接続され、前記貯留空間に前記潤滑剤を供給する供給管と、
前記供給管に接続され、前記貯留空間に向かって前記潤滑剤を圧送するポンプと、を備え、
前記流体軸受は、前記貯留空間に接する第一開口及び前記環状空間に接する第二開口を含むとともに前記第一開口から前記第二開口まで延びている供給孔を有し、
前記軸受ハウジングは、前記環状空間から当該軸受ハウジングの外部に向かって延びている排出孔を有する、
ターボ機械。 A rotation axis;
A cylindrical fluid bearing that has an inner peripheral surface that forms an annular gap for receiving a coolant that is a lubricant between the outer peripheral surface of the rotary shaft and supports the rotary shaft;
A bearing housing having an inner peripheral surface forming an annular space for forming a squeeze film damper with the lubricant between the outer peripheral surface of the fluid bearing and surrounding the fluid bearing;
A lubricant case that forms a storage space in which the lubricant to be supplied to the annular gap is stored;
A supply pipe connected to the lubricant case and supplying the lubricant to the storage space;
A pump connected to the supply pipe and pumping the lubricant toward the storage space;
The fluid bearing includes a first opening that contacts the storage space and a second opening that contacts the annular space, and has a supply hole extending from the first opening to the second opening,
The bearing housing has a discharge hole extending from the annular space toward the outside of the bearing housing.
Turbo machine.
前記軸受ハウジングは、前記流体軸受の前記翼車側の端面に隣接するとともに前記吸入空間に連通している排出空間を形成する隔壁を有し、
前記排出孔は、前記排出空間に開口している、請求項1又は2に記載のターボ機械。 An impeller fixed to the rotary shaft in a suction space formed away from the fluid bearing in the axial direction of the rotary shaft;
The bearing housing has a partition wall that forms a discharge space that is adjacent to the end surface of the fluid bearing on the impeller side and communicates with the suction space;
The turbomachine according to claim 1, wherein the discharge hole is open to the discharge space.
(i)請求項1〜3のいずれか1項に記載のターボ機械を提供し、
(ii)前記回転軸を回転させ、
(iii)前記ポンプを作動させて前記貯留空間に前記潤滑剤を圧送し、
(iv)前記ポンプによって高められた前記潤滑剤の圧力により前記貯留空間から前記供給孔を通過させて前記環状空間に前記潤滑剤を供給し、
(v)前記環状空間から前記排出孔を通過させて前記流体軸受の外部に前記潤滑剤を排出する、
方法。 A method of operating a turbomachine,
(I) providing the turbomachine according to any one of claims 1 to 3,
(Ii) rotating the rotating shaft;
(Iii) operating the pump to pump the lubricant into the storage space;
(Iv) supplying the lubricant to the annular space by passing the supply hole from the storage space by the pressure of the lubricant increased by the pump;
(V) discharging the lubricant from the annular space to the outside of the fluid bearing through the discharge hole;
Method.
前記排出孔における前記潤滑剤は、前記ポンプによって前記潤滑剤の圧力が高められていることにより、前記吸入空間における前記冷媒の圧力よりも高い圧力を有し、
(v)において、前記排出孔における前記潤滑剤の圧力と前記吸入空間における前記冷媒の圧力との差により、前記環状空間から前記排出孔を通過させて前記排出空間に前記潤滑剤を排出する、
請求項4に記載の方法。 In (i), the turbomachine according to claim 3 is provided,
The lubricant in the discharge hole has a pressure higher than the pressure of the refrigerant in the suction space by increasing the pressure of the lubricant by the pump.
In (v), due to the difference between the pressure of the lubricant in the discharge hole and the pressure of the refrigerant in the suction space, the lubricant is discharged from the annular space through the discharge hole to the discharge space.
The method of claim 4.
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-
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- 2016-06-17 JP JP2016120374A patent/JP2017223187A/en active Pending
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