JP2018123759A - Turbocompressor - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ターボ圧縮機に関する。 The present disclosure relates to a turbo compressor.
従来、潤滑剤がインペラ羽根に流入することを抑制するのに有利なターボ圧縮機が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, turbo compressors that are advantageous for suppressing lubricant from flowing into impeller blades are known.
例えば、特許文献1には、図6に示す通り、ターボ圧縮機500が記載されている。ターボ圧縮機500は、ボディ502、軸受503、駆動軸504、インペラ羽根505、回転力発生部506、及び潤滑剤供給路507を有する。ボディ502は、主ボディ521と、シェル部522とを有する。主ボディ521は、大気に連通するモータ室として機能する作動室520を備えている。シェル部522は、コンプレッサ室562と、シェル室563とを有する。シェル室563は、コンプレッサ室562とターボ圧縮機500の下流側の空間とを連通させている。
For example, Patent Document 1 describes a
ターボ圧縮機500において、リング状の第1シール部509がインペラ羽根505の後方に配置されている。第1シール部509は、インペラ羽根505で搬送させる流体(例えば気体)をシールするシール部として機能する。また、リング状の第2シール部510が第1シール部509の後方に配置されている。第2シール部510は、軸受503の潤滑剤(一般的には潤滑油)がインペラ羽根505又はコンプレッサ室562に抜けることを抑制している。
In the
ターボ圧縮機500は逃がし通路575を有する。逃がし通路575は、第1開口576と、第2開口577と、連通路578とを備えている。第1開口576は、駆動軸504の軸長方向において第1シール部509と第2シール部510との間の領域に形成されている。第2開口577は作動室520に連通している。連通路578は、第1開口576と第2開口577とを連通させている。第1シール部509と第2シール部510との間の領域は、大気圧又は大気圧に近い圧力に保たれる。インペラ羽根505の後方の背面圧をP1とし、第1シール部509と第2シール部510との間の領域の圧力をP2とするとき、背面圧P1は圧力P2よりも高く保たれる。このため、軸受503の潤滑剤がインペラ羽根505又はコンプレッサ室562に差圧によって流入することが抑制される。
The
特許文献1には、インペラ羽根505の前方に軸受を配置することは記載されていない。そこで、本開示は、翼車の前方に軸受が配置される場合に高い信頼性を有するターボ圧縮機を提供する。
Patent Document 1 does not describe disposing a bearing in front of the
本開示は、
回転軸と、
前記回転軸に固定された翼車であって、当該翼車の前方において前記回転軸の半径方向に前記回転軸から離れて定められている低圧空間の作動流体を高圧空間に向かって送る翼車と、
前記翼車の前方に配置され、前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、
前記回転軸の軸線方向において前記軸受と前記翼車との間で前記軸受に接しており、前記軸受から流出した前記潤滑液を貯留する排出空間と、
前記低圧空間及び前記排出空間のそれぞれに異なる位置で連通している調圧空間と、
前記高圧空間を前記調圧空間に連通させ、前記高圧空間の前記作動流体を前記調圧空間に供給するための連通路と、を備えた、
ターボ圧縮機を提供する。
This disclosure
A rotation axis;
An impeller fixed to the rotary shaft, wherein the impeller sends a working fluid in a low-pressure space, which is defined in the radial direction of the rotary shaft in the radial direction of the rotary shaft, toward the high-pressure space in front of the impeller. When,
A bearing disposed in front of the impeller and rotatably supporting the rotating shaft;
A discharge space that is in contact with the bearing between the bearing and the impeller in the axial direction of the rotary shaft, and stores the lubricating liquid that has flowed out of the bearing;
A pressure adjusting space communicating with the low pressure space and the discharge space at different positions; and
A communication path for communicating the high pressure space with the pressure regulating space and supplying the working fluid in the high pressure space to the pressure regulating space;
Provide turbo compressor.
上記のターボ圧縮機は、軸受が翼車の前方で回転軸を回転可能に支持しているが、高い信頼性を有する。 In the above turbo compressor, the bearing supports the rotating shaft rotatably in front of the impeller, but has high reliability.
<本発明者らの検討に基づく知見>
ターボ圧縮機において回転軸を回転可能に支持する軸受を潤滑する潤滑液が翼車に向かって漏出すると、潤滑液が翼車に衝突することにより翼車において疲労又はエロージョンが発生する。これにより、翼車が損傷し、ターボ圧縮機の信頼性が低下してしまう。特許文献1に記載の通り、インペラ羽根505の後方の背面圧P1は高くなりやすい。このため、ターボ圧縮機において軸受を翼車の後方に配置すれば、潤滑液が翼車に向かって流れにくいと考えられる。
<Knowledge based on studies by the present inventors>
When the lubricating liquid that lubricates the bearing that rotatably supports the rotating shaft in the turbo compressor leaks toward the impeller, fatigue or erosion occurs in the impeller because the lubricating liquid collides with the impeller. As a result, the impeller is damaged, and the reliability of the turbo compressor is lowered. As described in Patent Document 1, the back pressure P1 behind the
しかし、本発明者らは、ターボ圧縮機の運転条件によっては、回転軸を適切に回転可能に支持する観点から、翼車の前方にも回転軸を回転可能に支持する軸受を配置することが望ましい場合があることを見出した。ターボ圧縮機において翼車の前方の空間の作動流体は相対的に低い圧力を有する。このため、翼車の前方に軸受を配置する場合に潤滑液が翼車に向かって漏出することを防止することがターボ圧縮機の信頼性を高めるうえで極めて重要である。そこで、本発明者らは、翼車の前方に軸受を配置する場合に潤滑液が翼車に向かって漏出することを防止できる技術について日夜検討を重ね、本開示のターボ圧縮機を案出した。なお、この知見は本発明者らの検討に基づく知見であり、先行技術として自認するものではない。 However, depending on the operating conditions of the turbo compressor, the present inventors may arrange a bearing that rotatably supports the rotating shaft in front of the impeller from the viewpoint of appropriately supporting the rotating shaft. I found that it might be desirable. In the turbo compressor, the working fluid in the space in front of the impeller has a relatively low pressure. For this reason, when the bearing is disposed in front of the impeller, it is extremely important to prevent the lubricant from leaking toward the impeller in order to increase the reliability of the turbo compressor. Therefore, the present inventors have repeatedly investigated the technology that can prevent the lubricant from leaking toward the impeller when the bearing is disposed in front of the impeller, and devised the turbo compressor of the present disclosure. . This knowledge is based on the study by the present inventors and is not recognized as prior art.
本開示の第1態様は、
回転軸と、
前記回転軸に固定された翼車であって、当該翼車の前方の高圧空間に向かって送る翼車と、
前記翼車の前方に配置され、前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、
前記回転軸の軸線方向において前記軸受と前記翼車との間に設けられ、前記軸受から流出した潤滑液を貯留する排出空間と、
前記低圧空間及び前記排出空間のそれぞれに連通している調圧空間と、
前記高圧空間を前記調圧空間に連通させ、前記高圧空間の前記作動流体を前記調圧空間に供給するための連通路と、を備えた、
ターボ圧縮機を提供する。
The first aspect of the present disclosure is:
A rotation axis;
An impeller fixed to the rotating shaft, the impeller being sent toward a high-pressure space in front of the impeller, and
A bearing disposed in front of the impeller and rotatably supporting the rotating shaft;
A discharge space that is provided between the bearing and the impeller in the axial direction of the rotating shaft and stores the lubricating liquid that has flowed out of the bearing;
A pressure regulating space communicating with each of the low pressure space and the discharge space;
A communication path for communicating the high pressure space with the pressure regulating space and supplying the working fluid in the high pressure space to the pressure regulating space;
Provide turbo compressor.
第1態様によれば、高圧空間の作動流体が連通路を通って調圧空間に供給されるので、調圧空間の圧力が排出空間の圧力よりも高い。これにより、排出空間に貯留された潤滑液が低圧空間に漏出することを防止でき、潤滑液が翼車に衝突することを防止できる。その結果、翼車において疲労又はエロージョンを抑制でき、第1態様に係るターボ圧縮機は高い信頼性を有する。 According to the first aspect, since the working fluid in the high-pressure space is supplied to the pressure regulation space through the communication path, the pressure in the pressure regulation space is higher than the pressure in the discharge space. As a result, the lubricating liquid stored in the discharge space can be prevented from leaking into the low-pressure space, and the lubricating liquid can be prevented from colliding with the impeller. As a result, fatigue or erosion can be suppressed in the impeller, and the turbo compressor according to the first aspect has high reliability.
本開示の第2態様は、第1態様に加えて、前記調圧空間を区画する隔壁であって、前記翼車の前方の端との間に前記調圧空間と前記低圧空間とを連通させる隙間を定める隔壁をさらに備えた、ターボ圧縮機を提供する。第2態様によれば、仮に潤滑液が調圧空間を通過して低圧空間に漏出したとしても、翼車の前方の端と隔壁との隙間を流れる潤滑液は、翼車の回転によるせん断力を受けて微小化される。その結果、低圧空間に漏出した潤滑液が翼車に悪影響を及ぼしにくい。 In addition to the first aspect, a second aspect of the present disclosure is a partition that partitions the pressure regulation space, and communicates the pressure regulation space and the low pressure space between the front end of the impeller. A turbo compressor further provided with a partition wall that defines a gap. According to the second aspect, even if the lubricating liquid passes through the pressure adjusting space and leaks into the low pressure space, the lubricating liquid flowing through the gap between the front end of the impeller and the partition wall is sheared by the rotation of the impeller. Is miniaturized. As a result, the lubricating liquid leaking into the low pressure space is unlikely to adversely affect the impeller.
本開示の第3態様は、第1態様又は第2態様に加えて、前記調圧空間を前記低圧空間に連通させる経路の幅は、前記調圧空間を前記排出空間に連通させる経路の幅よりも大きい、ターボ圧縮機を提供する。軸受の内部に気体が入り込むと回転軸と軸受との潤滑が適切になされず、ターボ圧縮機の信頼性が低下する可能性がある。しかし、第3態様によれば、調圧空間に供給された作動流体は低圧空間に向かって流出しやすい。このため、気体の作動流体が軸受に流入しにくく、ターボ圧縮機が高い信頼性を有する。 In the third aspect of the present disclosure, in addition to the first aspect or the second aspect, the width of the path that communicates the pressure regulation space with the low pressure space is greater than the width of the path that communicates the pressure regulation space with the discharge space. To provide a turbo compressor that is also large. If gas enters the inside of the bearing, the rotation shaft and the bearing are not properly lubricated, which may reduce the reliability of the turbo compressor. However, according to the third aspect, the working fluid supplied to the pressure regulation space tends to flow out toward the low pressure space. For this reason, it is difficult for the gaseous working fluid to flow into the bearing, and the turbo compressor has high reliability.
本開示の第4態様は、第1態様又は第2態様に加えて、前記調圧空間を前記低圧空間に連通させる経路の少なくとも一部を定めるシール部をさらに備えた、ターボ圧縮機を提供する。第4態様によれば、調圧空間を低圧空間に連通させる経路における作動流体の圧力損失が増加し、調圧空間から低圧空間への作動流体の流出量が低減される。これにより、調圧空間において作動流体が高い圧力を有しやすい。例えば、翼車の回転数が比較的低い場合でも、調圧空間における作動流体の圧力が高くなりやすい。その結果、ターボ圧縮機がより高い信頼性を有する。加えて、作動流体が調圧空間から低圧空間に流出することによる損失を軽減でき、ターボ圧縮機が高い効率を発揮しやすい。 According to a fourth aspect of the present disclosure, in addition to the first aspect or the second aspect, a turbo compressor further including a seal portion that defines at least a part of a path that communicates the pressure regulation space with the low pressure space. . According to the 4th aspect, the pressure loss of the working fluid in the path | route which connects pressure regulation space to low pressure space increases, and the outflow amount of the working fluid from pressure regulation space to low pressure space is reduced. Thereby, the working fluid tends to have a high pressure in the pressure adjusting space. For example, even when the rotational speed of the impeller is relatively low, the pressure of the working fluid in the pressure adjustment space tends to be high. As a result, the turbo compressor has higher reliability. In addition, loss due to the working fluid flowing out from the pressure regulation space into the low pressure space can be reduced, and the turbo compressor can easily exhibit high efficiency.
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、前記連通路に配置され、前記連通路において前記作動流体の圧力を調節するレギュレーターをさらに備えた、ターボ圧縮機を提供する。第4態様によれば、調圧空間における作動流体の圧力がレギュレーターによって適切に調節され、ターボ圧縮機において高い信頼性と高い効率とを両立しやすい。 In addition to any one of the first to fourth aspects, the fifth aspect of the present disclosure further includes a regulator that is disposed in the communication path and adjusts the pressure of the working fluid in the communication path. Provide turbo compressor. According to the fourth aspect, the pressure of the working fluid in the pressure adjusting space is appropriately adjusted by the regulator, and it is easy to achieve both high reliability and high efficiency in the turbo compressor.
本開示の第6態様は、第1態様〜第5態様のいずれか1つの態様に加えて、前記連通路を定める配管と、前記軸受を収容する軸受箱であって、前記回転軸の軸線周りに所定の間隔で配置された複数の連結部を有する軸受箱と、を備え、前記配管の一部は、前記回転軸の軸線方向における前記軸受箱と前記翼車との間で前記複数の連結部のいずれか1つと前記回転軸の軸線方向に一列に並んでいる、ターボ圧縮機を提供する。翼車に向かう作動流体の流れが乱れるとサージングが発生することがある。第6態様によれば、低圧空間において、翼車に向かう作動流体の流れが連通路を定める配管によって乱れにくく、サージングが発生しにくい。このため、ターボ圧縮機が高い効率を発揮しやすい。 According to a sixth aspect of the present disclosure, in addition to any one of the first aspect to the fifth aspect, a pipe that defines the communication path and a bearing box that houses the bearing, the axis being around the axis of the rotary shaft A plurality of connecting portions arranged at predetermined intervals, and a part of the pipe is connected between the bearing case and the impeller in the axial direction of the rotating shaft. A turbo compressor arranged in a line in the axial direction of any one of the sections and the rotating shaft is provided. Surging may occur when the flow of the working fluid toward the impeller is disturbed. According to the sixth aspect, in the low-pressure space, the flow of the working fluid toward the impeller is not easily disturbed by the piping that defines the communication path, and surging is unlikely to occur. For this reason, a turbo compressor tends to exhibit high efficiency.
本開示の第7態様は、第1態様〜第6態様のいずれか1つの態様に加えて、前記潤滑液は、前記作動流体の前記主成分と同一種類の物質を主成分として含有している、ターボ圧縮機を提供する。第7態様によれば、作動流体が調圧空間から排出空間に漏出して潤滑液と接触しても潤滑液の特性が変化しにくい。本明細書において「主成分」とは質量基準で最も多く含まれている成分を意味する。 In a seventh aspect of the present disclosure, in addition to any one of the first to sixth aspects, the lubricating liquid contains a substance of the same type as the main component of the working fluid as a main component. Provide a turbo compressor. According to the seventh aspect, even if the working fluid leaks from the pressure adjusting space to the discharge space and comes into contact with the lubricating liquid, the characteristics of the lubricating liquid are hardly changed. In the present specification, the “main component” means a component that is contained most on a mass basis.
本開示の第8態様は、前記作動流体は、常温(日本工業規格:20℃±15℃、JIS Z 8703)において大気圧より低い飽和蒸気圧を有する物質を主成分として含有しており、前記潤滑液は、前記作動流体の前記主成分と同一種類の物質を主成分として含有している、ターボ圧縮機を提供する。第8態様によれば、潤滑液の粘度が比較的低くなりやすいが、ターボ圧縮機が上記の構成を有することにより、ターボ圧縮機が高い信頼性を有する。加えて、作動流体が調圧空間から排出空間に漏出して潤滑液と接触しても潤滑液の特性が変化しにくい。 In an eighth aspect of the present disclosure, the working fluid contains, as a main component, a substance having a saturated vapor pressure lower than atmospheric pressure at normal temperature (Japanese Industrial Standard: 20 ° C. ± 15 ° C., JIS Z 8703), Provided is a turbo compressor in which the lubricating liquid contains the same kind of substance as the main component of the working fluid as a main component. According to the eighth aspect, the viscosity of the lubricating liquid tends to be relatively low, but the turbo compressor has high reliability due to the above configuration. In addition, even if the working fluid leaks from the pressure adjusting space to the discharge space and comes into contact with the lubricating liquid, the characteristics of the lubricating liquid hardly change.
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、以下の実施形態は本発明の例示に過ぎず、これらによって本発明が限定されるわけではない。添付の図面において、X軸、Y軸、及びZ軸は互いに直交している。XY平面が水平であり、Z軸負方向が鉛直下向き(重力方向)である。添付の図面において、X軸は同一の方向を示し、Y軸は別の同一の方向を示している。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In addition, the following embodiment is only an illustration of this invention and this invention is not necessarily limited by these. In the accompanying drawings, the X axis, the Y axis, and the Z axis are orthogonal to each other. The XY plane is horizontal, and the negative Z-axis direction is vertically downward (gravity direction). In the accompanying drawings, the X axis indicates the same direction, and the Y axis indicates another same direction.
図1に示す通り、ターボ圧縮機30aは、回転軸35と、翼車38と、軸受36(第一軸受)と、排出空間65と、調圧空間67と、連通路68とを備えている。翼車38は、回転軸35に固定されている。翼車38は、翼車38の前方の低圧空間62の作動流体を高圧空間63に向かって送る。軸受36は翼車38の前方(ターボ圧縮機30aの運転期間中の作動流体の流れの上流側)に配置されている。軸受36は、回転軸35を回転可能に支持する。排出空間65は、回転軸35の軸線方向において軸受36と翼車38との間に設けられている。排出空間65は、軸受36から流出した潤滑液を貯留するための空間である。調圧空間67は、低圧空間62及び排出空間65のそれぞれに連通している。連通路68は、高圧空間63を調圧空間67に連通させ、高圧空間63の作動流体を調圧空間67に供給するための経路である。換言すると、連通路68は、低圧空間62をバイパスして高圧空間63を調圧空間67に連通させている。
As shown in FIG. 1, the
ターボ圧縮機30aの運転期間において、翼車38が回転することにより低圧空間62における作動流体は翼車38に向かって流れる。作動流体は翼車38の周囲に定められた圧縮空間61を通過して高圧空間63に向かって流れる。翼車38によって加速された作動流体の流れはその後減速して作動流体の流れの運動エネルギーが圧力エネルギーに変換される。これにより、高圧空間63における作動流体の圧力は低圧空間62における作動流体の圧力よりも高くなる。このようにして、ターボ圧縮機30aは作動流体を圧縮する。本明細書において、高圧空間63とは、ターボ圧縮機30aの運転期間中の作動流体の流れにおいて翼車38の下流側に位置し、低圧空間62における作動流体の圧力よりも高い圧力を有する作動流体が流れる空間を意味する。
During the operation period of the
ターボ圧縮機30aの運転期間において、高圧空間63を流れる作動流体の一部が連通路68を通過して調圧空間67に供給され、調圧空間67の圧力が排出空間65の圧力より高くなる。これにより、排出空間65に貯留された潤滑液が低圧空間62に漏出することを防止できる。このため、潤滑液が翼車38に衝突することを防止でき、翼車38において疲労又はエロージョンを抑制できる。その結果、ターボ圧縮機30aは高い信頼性を有する。
During the operation period of the
低圧空間62は、例えば、翼車38の前方において回転軸35の半径方向に回転軸35から離れて定められている。
The low-
図1に示す通り、ターボ圧縮機30aは、例えば調圧空間67を区画する隔壁67aをさらに備えている。隔壁67aは、翼車38の前方の端との間に調圧空間67と低圧空間62とを連通させる隙間を定めている。この場合、何らかの原因で仮に潤滑液が調圧空間67を通過して低圧空間62に漏出したとしても、翼車38の前方の端と隔壁67aとの隙間を流れる潤滑液は、翼車38の回転によるせん断力を受けて微小化される。その結果、低圧空間67に漏出した潤滑液が翼車38に悪影響を及ぼしにくい。
As shown in FIG. 1, the
隔壁67aは、例えば、筒状であり、回転軸35を取り囲んでいる。隔壁67aと回転軸35との間に調圧空間67が定められている。
The
図1に示す通り、例えば、ターボ圧縮機30aは、配管68aと、軸受箱40とを備えている。配管68aは連通路68を定めている。軸受箱40の内部には軸受36が収容されている。また、図2に示す通り、軸受箱40は、回転軸35の軸線周りに所定の間隔で配置された複数の連結部42を有する。隣り合う連結部42同士の間に低圧空間62の一部が定められている。配管68aの一部は、回転軸35の軸線方向における軸受箱40と翼車38との間で複数の連結部42のいずれか1つと回転軸35の軸線方向に一列に並んでいる。これにより、翼車38に向かう作動流体の流れが連通路68を定める配管68aによって乱れにくい。このため、サージングが発生しにくく、ターボ圧縮機30aが高い効率を発揮しやすい。
As shown in FIG. 1, for example, the
排出空間65は、例えば、軸受箱40の内面と回転軸35との外面との間に定められている。排出空間65は、例えば、回転軸35に接した筒状の空間である。排出空間65には、例えば潤滑液排出路69bが接続されている。潤滑液排出路69bは、排出空間65に貯留された潤滑液をターボ圧縮機30aの外部に排出するための経路である。
For example, the
調圧空間67は、例えば、回転軸35の軸線方向において排出空間65と翼車38との間に定められている。調圧空間67を排出空間65に連通させる経路は、例えば回転軸35の外面に接して回転軸35の軸線方向に延びている。調圧空間67を排出空間65に連通させる経路の少なくとも一部は区画部材71によって定められている。区画部材71は、例えばシールリングである。この場合、シールリングは典型的には樹脂製である。回転軸35の半径方向において区画部材71と回転軸35との間には微小な隙間が形成されており、この隙間が調圧空間67を排出空間65に連通させる経路の少なくとも一部をなしている。調圧空間67を排出空間65に連通させる経路の幅は、例えば50μm〜250μmである。ここで、調圧空間67を排出空間65に連通させる経路の幅は、回転軸35の半径方向における区画部材71と回転軸35との間の隙間の寸法に相当する。
The
調圧空間67を低圧空間62に連通させる経路の幅は、調圧空間67を排出空間65に連通させる経路の幅よりも大きい。例えば、調圧空間67を低圧空間62に連通させる経路の幅は、1mm〜5mmである。ここで、調圧空間67を低圧空間62に連通させる経路の幅は、回転軸35の軸線方向における隔壁67aと翼車38の前方の端との間の隙間の寸法に相当する。軸受36の内部に気体が入り込むと回転軸35と軸受36との潤滑が適切になされず、ターボ圧縮機30aの信頼性が低下する可能性がある。しかし、調圧空間67を低圧空間62に連通させる経路の幅が調圧空間67を排出空間65に連通させる経路の幅よりも大きいので、調圧空間67に供給された作動流体は低圧空間62に流出しやすい。このため、気体の作動流体が軸受36に流入しにくく、ターボ圧縮機30aが高い信頼性を有する。調圧空間67を低圧空間62に連通させる経路の幅が変動する場合には、この幅は最小の幅を意味する。調圧空間67を低圧空間62に連通させる経路の幅が変動する場合にも同様である。
The width of the path for communicating the
調圧空間67は、例えば、回転軸35に接して定められている。換言すると、調圧空間67は、回転軸35の半径方向において低圧空間62と回転軸35との間に定められている。
The
低圧空間62は、例えば、作動流体の流れ方向において翼車38の上流に位置し、軸受36の半径方向外側において筒状に定められている。
For example, the low-
図1に示す通り、ターボ圧縮機30aは、例えば、連通路68に配置されたレギュレーター74をさらに備えている。レギュレーター74は、連通路68において作動流体の圧力を調節する。調圧空間67における作動流体の圧力がレギュレーター74によって適切に調節され、ターボ圧縮機30aにおいて高い信頼性と高い効率とを両立しやすい。レギュレーター74は、作動流体の圧力を調節できる限り特に制限されないが、例えば、ニードルバルブ及びグローブバルブ等のバルブ、オリフィス、又はキャピラリーチューブである。
As shown in FIG. 1, the
図1に示す通り、ターボ圧縮機30aは、例えば、ケーシング31a、ケーシング31b、駆動モータ32、第二軸受37、及び軸受押え50をさらに備えている。ケーシング31aの内部には翼車38が収容されている。ケーシング31aの内面と翼車38との間に圧縮空間61が定められている。ターボ圧縮機30aは、例えば遠心式圧縮機である。ケーシング31aの内部には、翼車38の半径方向外側に渦形室が定められており、渦形室の少なくとも一部が高圧室63の一部をなしている。
As shown in FIG. 1, the
ケーシング31aの内部には翼車38が配置されている。また、ケーシング31aの内部には軸受箱40が翼車38の前方に配置されている。翼車38は、例えば焼き嵌めによって回転軸35に固定されている。ケーシング31aの一部は前方に向かって拡大する内径を有するラッパ形状を有する。
An
第一軸受36は、翼車38の前方において回転軸35の軸線方向における一方の端部を回転可能に支持している。第一軸受36は、例えばすべり軸受である。第一軸受36は、例えばすべり面36aを有し、すべり面36aは、回転軸35の外面との間に潤滑液を受け入れるための潤滑空間64を定めている。この場合、第一軸受36の内面(すべり面36a)と回転軸35の外面との隙間(潤滑空間64)の大きさは、ターボ圧縮機30aの運転期間中に潤滑液によって流体潤滑できるように定められている。第一軸受36の内面と回転軸35の外面との隙間の大きさは、例えば数十μmである。第二軸受37は、回転軸35の軸線方向における他方の端部を回転可能に支持している。第二軸受37は、例えば、すべり軸受である。第二軸受37の内面(すべり面)と回転軸35の外面との隙間の大きさもターボ圧縮機30aの運転期間中に潤滑液によって流体潤滑できるように定められている。
The
第一軸受36及び第二軸受37は、潤滑液が使用される軸受である限り特に制限されず、例えば玉軸受又はころ軸受であってもよい。
The
軸受押え50は、回転軸35の軸線方向において軸受箱40に固定されている。また、軸受36は、回転軸35の軸線方向において軸受押え50と排出空間65との間に配置されている。軸受押え50は軸線方向に延びている貫通孔を有し、この貫通孔に潤滑液供給路69aを定める配管が挿入されている。潤滑液供給路69aは、軸受36に向かって潤滑液を供給するための経路である。軸受押え50の貫通孔は軸受36の軸受穴と連なっている。ターボ圧縮機30aの運転期間において潤滑液が潤滑液供給路69aを通って潤滑空間64に供給される。これにより、潤滑空間64が潤滑液によって満たされる。
The bearing
ケーシング31bは、回転軸35の軸線方向においてケーシング31aに固定されている。ケーシング31bの内部には駆動モータ32が収容されている。
The
駆動モータ32は、固定子33及び回転子34を備えている。回転軸35は、軸線方向における駆動モータ32の両端から回転可能に突出して延びている。固定子33及び回転子34は、それぞれ円筒状であり、同心に配置されている。回転子34の外面と固定子33の内面との間には所定の隙間が存在し、回転子34は軸線周りに回転可能である。
The
固定子33は、ケーシング31bの内面に固定されている。固定子33は、例えば積層された電磁鋼板である鉄心にコイルが巻かれた構成を有する。固定子33には、インバータ(図示省略)によって電圧がかけられる。この電圧の周波数は変化する。電圧の変化する周波数によって固定子33の鉄心の周りに回転方向に周期的に切り替わる磁界が生成される。
The
回転子34は、例えば、積層された電磁鋼板である鉄心にアルミニウム又は銅などの材料でできた導体バーが挿入された構成を有する。加えて、回転子34は、例えば導体バーの両端において円筒形のエンドリングによって複数の導体バーが短絡されている構成を有する。回転子34は、例えば焼き嵌めによって回転軸35に固定されている。回転子34は、回転子34と固定子33との電磁気的相互作用により回転する。回転子34の周囲に配置された固定子33のコイルを流れる電流によって発生する磁界により、回転子34の導体バー及びエンドリングによって形成された電気回路に誘導電流が流れる。これにより、回転子34の鉄心によって磁界が発生する。この場合、固定子33によって発生する磁界により固定子33と回転子34との間に引力が発生する。その結果、回転子34が回転する。
The
潤滑液は、例えば、ターボ圧縮機30aの作動流体の主成分と同一種類の物質を主成分として含有している。この場合、作動流体が調圧空間67から排出空間65に漏出して潤滑液と接触しても潤滑液の特性が変化しにくい。
The lubricating liquid contains, for example, the same type of substance as the main component of the working fluid of the
ターボ圧縮機30aの作動流体は、特に制限されないが、例えば常温において大気圧より低い飽和蒸気圧を有する物質を主成分として含有している。潤滑液は、例えば作動流体の主成分と同一種類の物質を主成分として含有している。この場合、潤滑液の粘度が比較的低くなりやすいが、ターボ圧縮機30aは、上記の構成を有するので高い信頼性を有する。作動流体の主成分になりうる、常温において大気圧より低い飽和蒸気圧を有する物質は、例えば水、アルコール、又はエーテルである。
The working fluid of the
ターボ圧縮機30aの運転期間中の低圧空間62、排出空間65、及び調圧空間67における圧力は、例えば、それぞれ絶対圧で1kPa、2kPa、及び2.5kPaである。
The pressures in the
ターボ圧縮機30aは、例えば冷凍サイクル装置10に適用できる。冷凍サイクル装置10は、例えばターボ圧縮機30aと、凝縮器と、蒸発器とを備え、液体の作動流体を貯留する貯留空間80を有する。冷凍サイクル装置10において、貯留空間80からターボ圧縮機30aの軸受36に液体の作動流体が潤滑液として送られる。図3に示す通り、冷凍サイクル装置10は、例えば、主回路21と、第一循環回路22と、第二循環回路23と、ターボ圧縮機30aとを備えている。冷凍サイクル装置10は、例えば冷房専用の空気調和装置として機能する。
The
主回路21は、第一貯留槽24、ターボ圧縮機30a、及び第二貯留槽25がこの順に接続されている回路である。第一貯留槽24の内部空間とターボ圧縮機30aにおける低圧空間62とが流路21aによって連通している。ターボ圧縮機30aにおける高圧空間63と第二貯留槽25の内部空間とが流路21cによって連通している。第二貯留槽25の内部空間と第一貯留槽24の内部空間とが流路21dによって連通している。
The
第一循環回路22は、第一ポンプ26及び第一熱交換器27を有する。第一循環回路22は、第一貯留槽24に貯留された液体の作動流体が第一ポンプ26によって第一熱交換器27に供給され、第一熱交換器27で吸熱した作動流体が第一貯留槽24に戻るように構成されている。第一循環回路22において、第一貯留槽24と第一ポンプ26との入口とが流路22aによって接続されている。第一ポンプ26の出口と第一熱交換器27の入口とが流路22bによって接続されている。第一熱交換器27の出口と第一貯留槽24とが流路22cによって接続されている。
The
第二循環回路23は、第二ポンプ28及び第二熱交換器29を有する。第二循環回路23は、第一貯留槽24に貯留された液体の作動流体が第二ポンプ28によって第二熱交換器29に供給され、第二熱交換器29で放熱した作動流体が第二貯留槽25に戻るように構成されている。第二循環回路23において、第二貯留槽25と第二ポンプ28の入口とが流路23aによって接続されている。第二ポンプ28の出口と第二熱交換器29の入口とが流路23bによって接続されている。第二熱交換器29の出口と第二貯留槽25とが流路23cによって接続されている。
The
第二貯留槽25には、冷凍サイクルにおける低温高圧の作動流体が貯留されている。低温高圧の作動流体は、流路21dを通って第一貯留槽24に送られ、第一貯留槽24において膨張又は蒸発して低温低圧の作動流体になる。冷凍サイクル装置10において、第一貯留槽24は蒸発器として機能する。第一貯留槽24において低温低圧になった作動流体は、流路21aを通ってターボ圧縮機30aに送られ、ターボ圧縮機30aによって高温高圧に圧縮され、流路21cに吐出される。高温高圧の作動流体は流路21cを通って第二貯留槽25に送られる。第二貯留槽25に流入した高温高圧の作動流体は第二貯留槽25において冷却され低温高圧の作動流体になる。
The
第一貯留槽24の内部において、低温高圧の作動流体は第一循環回路22に充填された熱媒体を冷却して低温低圧の作動流体になる。熱媒体は、第一ポンプ26の作動により流路22a及び流路22bを通って第一熱交換器27に送られ、第一熱交換器27において室内の空気を冷却した後、第一貯留槽24に戻される。
Inside the
第二貯留槽25に流入した高温高圧の作動流体は、第二循環回路23に充填された熱媒体に放熱して低温高圧の作動流体になる。冷凍サイクル装置10において、第二貯留槽25は凝縮器として機能する。熱媒体は、第二ポンプ28の作動により流路23a及び流路23bを通って第二熱交換器29に送られ、第二熱交換器29において室外の空気に放熱し、第二貯留槽25に戻される。
The high-temperature and high-pressure working fluid flowing into the
冷凍サイクル装置10は、上記のように動作することにより、冷房専用の空気調和装置として機能する。
The
冷凍サイクル装置10において、例えば、第一貯留槽24に貯留されている液相の作動流体が軸受36に供給されるべき潤滑液として利用される。すなわち、第一貯留槽24がその内部に貯留空間80を有する。潤滑液供給路69aは、第一貯留槽24に接続されている。第一貯留槽24に貯留されている液相の作動流体は、ポンプ(図示省略)の作動により潤滑液供給路69aを通って軸受36に供給される。軸受36から流出した潤滑液は、排出空間65に一時的に貯留された後、潤滑液排出路69bを通って排出される。潤滑液排出路69bは、例えば第一貯留槽24に接続されている。このため、潤滑液は潤滑液排出路69bを通って第一貯留槽24に戻される。
In the
潤滑液は液体であり、潤滑液排出路69bにおける潤滑液の流れの圧力損失は小さく、排出空間65の圧力は第一貯留槽24の圧力とほぼ同じである。一方、低圧空間62において第一貯留槽24から供給される作動流体が翼車38に向かって吸い込まれるように流れるので、低圧空間62における圧力は排出空間65における圧力よりも低い。このため、排出空間65と低圧空間62とが直接連通していると仮定すると、軸受36から排出空間65に流出した潤滑液が回転軸35の回転による遠心力によって飛散し、圧力差によって低圧空間62に漏出する可能性がある。しかし、ターボ圧縮機30aは、調圧空間67を備え、調圧空間67に高圧空間63の作動流体が連通路68を通って供給されるので、排出空間65から低圧空間62に潤滑液が漏出することを防止できる。
The lubricating liquid is a liquid, the pressure loss of the flow of the lubricating liquid in the lubricating
冷凍サイクル装置10において、例えば、第一貯留槽24に貯留されている液相の作動流体が第二軸受37に供給されるべき潤滑液として利用され、第二軸受37に供給された潤滑液は例えば第一貯留槽24に戻される。
In the
第二貯留槽25に貯留されている液相の作動流体が第一軸受36に供給されるべき潤滑液及び第二軸受37に供給されるべき潤滑液として利用されてもよい。冷凍サイクル装置における液相の作動流体であれば適宜第一軸受36に供給されるべき潤滑液及び第二軸受37に供給されるべき潤滑液として利用できる。
The liquid-phase working fluid stored in the
(変形例)
ターボ圧縮機30aは様々な観点から変更可能である。例えば、ターボ圧縮機30aは軸流式圧縮機又は斜流式圧縮機に変更されてもよいし、複数の圧縮機構を有する多段圧縮機に変更されてもよい。少ない段数で圧縮比を高める場合には遠心式圧縮機が適しており、大流量の作動流体を圧縮する場合には軸流式圧縮機又は斜流式圧縮機が適している。ターボ圧縮機30aは、冷凍サイクル装置10以外に、例えばプラント又は大型船舶に使用される空気圧縮装置にも適用可能である。
(Modification)
The
ターボ圧縮機30aが多段圧縮機に変更される場合、作動流体の流れ方向において上流に配置された翼車と下流に配置された翼車との間に中間冷却器が配置されてもよい。この場合、連通路68は、作動流体の流れ方向において中間冷却器よりも下流で高圧空間63に接続されている。このため、中間冷却器によって冷却された作動流体が調圧空間67に供給される。これにより、調圧空間67に供給された作動流体の有する熱が熱伝導により排出空間65及び潤滑空間64に伝わり高温になることを抑制できる。その結果、潤滑液の温度上昇を軽減できる。中間冷却器は、作動流体を冷却できる限り特に制限されないが、例えば、冷却用の熱媒体の流路を定める配管によって構成されている。
When the
ターボ圧縮機30aは、図4に示すターボ圧縮機30b又は図5に示すターボ圧縮機30cのように変更されてもよい。ターボ圧縮機30b及びターボ圧縮機30cは、特に説明する場合を除き、ターボ圧縮機30aと同様に構成されている。ターボ圧縮機30aの構成要素と同一又は対応するターボ圧縮機30b及びターボ圧縮機30c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。ターボ圧縮機30aに関する上記の説明は技術的に矛盾しない限りターボ圧縮機30b及びターボ圧縮機30cにもあてはまる。
The
ターボ圧縮機30bは、調圧空間67を低圧空間62に連通させる経路の少なくとも一部を定めるシール部72aをさらに備えている。シール部72aは、シールリングである。ターボ圧縮機30cは、調圧空間67を低圧空間62に連通させる経路の少なくとも一部を定めるシール部72bをさらに備えている。シール部72bはラビリンスシールである。シール部72bであるラビリンスシールは、例えば、調圧空間67を定める部品の壁面及び翼車38によって定められている。シール部72a又はシール部72bによって、調圧空間67を低圧空間62に連通させる経路を流れる流体の圧力損失が増加し、調圧空間67から低圧空間62への作動流体の流出量が低減される。これにより、調圧空間67において作動流体が高い圧力を有しやすい。例えば、翼車38の回転数が比較的低い場合でも、調圧空間67における作動流体の圧力が高くなりやすい。その結果、ターボ圧縮機30b及びターボ圧縮機30cがより高い信頼性を有する。加えて、作動流体が調圧空間67から低圧空間62に流出することによる損失を軽減でき、ターボ圧縮機30b及びターボ圧縮機30cは高い効率を発揮しやすい。
The
ターボ圧縮機30b及びターボ圧縮機30cのそれぞれは、例えば、ターボ圧縮機30aと同様にレギュレーター74を備えている。ターボ圧縮機30b及びターボ圧縮機30cにおいて、シール部72a又はシール部72bにより、調圧空間67の作動流体が排出空間65に流れやすい。しかし、レギュレーター74によって調圧空間67に供給される作動流体の圧力を潤滑空間64における圧力よりも低くすれば、調圧空間67の作動流体が排出空間65に流れやすくても、潤滑空間64に作動流体が流入することを防止できる。
Each of the
本開示のターボ圧縮機は、家庭用又は業務用の空気調和装置、チラー、給湯用ヒートポンプに特に有用である。本開示のターボ圧縮機は、産業用製氷装置又は冷凍冷蔵装置等の大型の冷凍サイクル装置、プラント等で使用される空圧機器の動力源、及びクリーンルーム等で使用される圧縮空気を利用した清浄装置における圧縮空気の供給源にも適用できる。 The turbo compressor of the present disclosure is particularly useful for home or commercial air conditioners, chillers, and hot water supply heat pumps. The turbo compressor of the present disclosure is a large-scale refrigeration cycle device such as an industrial ice making device or a freezing / refrigeration device, a power source of pneumatic equipment used in a plant, etc., and a cleaning using compressed air used in a clean room or the like. It can also be applied to a source of compressed air in the apparatus.
30a、30b、30c ターボ圧縮機
35 回転軸
36 軸受
38 翼車
40 軸受箱
42 連結部
62 低圧空間
63 高圧空間
65 排出空間
67 調圧空間
68 連通路
68a 配管
72a、72b シール部
74 レギュレーター
30a, 30b,
Claims (8)
前記回転軸に固定された翼車であって、当該翼車の前方の低圧空間の作動流体を高圧空間に向かって送る翼車と、
前記翼車の前方に配置され、前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、
前記回転軸の軸線方向において前記軸受と前記翼車との間に設けられ、前記軸受から流出した潤滑液を貯留する排出空間と、
前記低圧空間及び前記排出空間のそれぞれに連通している調圧空間と、
前記高圧空間を前記調圧空間に連通させ、前記高圧空間の前記作動流体を前記調圧空間に供給するための連通路と、を備えた、
ターボ圧縮機。 A rotation axis;
An impeller fixed to the rotary shaft, the impeller for sending the working fluid in the low pressure space in front of the impeller toward the high pressure space;
A bearing disposed in front of the impeller and rotatably supporting the rotating shaft;
A discharge space that is provided between the bearing and the impeller in the axial direction of the rotating shaft and stores the lubricating liquid that has flowed out of the bearing;
A pressure regulating space communicating with each of the low pressure space and the discharge space;
A communication path for communicating the high pressure space with the pressure regulating space and supplying the working fluid in the high pressure space to the pressure regulating space;
Turbo compressor.
前記軸受を収容する軸受箱であって、前記回転軸の軸線周りに所定の間隔で配置された複数の連結部を有する軸受箱と、を備え、
前記配管の一部は、前記回転軸の軸線方向における前記軸受箱と前記翼車との間で前記複数の連結部のいずれか1つと前記回転軸の軸線方向に一列に並んでいる、請求項1〜5のいずれか1項に記載のターボ圧縮機。 Piping defining the communication path;
A bearing housing that houses the bearing, and having a plurality of connecting portions arranged at predetermined intervals around an axis of the rotating shaft,
A part of the piping is arranged in a line in the axial direction of any one of the plurality of connecting portions and the axial direction of the rotating shaft between the bearing housing and the impeller in the axial direction of the rotating shaft. The turbo compressor according to any one of 1 to 5.
前記潤滑液は、前記作動流体の前記主成分と同一種類の物質を主成分として含有している、請求項1〜6のいずれか1項に記載のターボ圧縮機。 The working fluid contains as a main component a substance having a saturated vapor pressure lower than atmospheric pressure at room temperature,
The turbo compressor according to claim 1, wherein the lubricating liquid contains a substance of the same type as the main component of the working fluid as a main component.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017016468A JP2018123759A (en) | 2017-02-01 | 2017-02-01 | Turbocompressor |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022172885A1 (en) * | 2021-02-12 | 2022-08-18 | 三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社 | Electric centrifugal compressor |
-
2017
- 2017-02-01 JP JP2017016468A patent/JP2018123759A/en active Pending
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WO2022172885A1 (en) * | 2021-02-12 | 2022-08-18 | 三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社 | Electric centrifugal compressor |
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