JP3742851B2

JP3742851B2 - ターボ機械

Info

Publication number: JP3742851B2
Application number: JP16379297A
Authority: JP
Inventors: 剛福永
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2017-06-20
Also published as: JPH1113687A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボ圧縮機等のターボ機械の改良に関し、特にシール対策に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、例えばターボ機械としてのターボ圧縮機では、気体を昇圧するための羽根車は、スラスト軸受及びジャーナル軸受に回転自在に支持された回転軸に連結され、回転軸の回転力が伝達されることにより高速回転するものであり、回転軸の大半はモータ室に配置されている（特開平８−３１２５８２号公報参照）。
【０００３】
上述の如きターボ圧縮機等のターボ機械では、図２に示すように、回転軸（ａ）を回転自在に支持するスラスト軸受（動圧型スラスト気体軸受）（ｂ）は、上記回転軸（ａ）に外側方に張り出すように嵌着されたスラスト円板からなる回転側スラスト軸受（ｃ）と、該回転側スラスト軸受（ｃ）よりも羽根車（ｍ）寄りに配置され、回転側スラスト軸受（ｃ）と対峙する静止側スラスト軸受（ｆ）とからなり、該静止側スラスト軸受（ｆ）と回転軸（ａ）との間にラビリンスシール部等のシール部（ｇ）が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の場合、回転側スラスト軸受（ｃ）が、静止側スラスト軸受（ｆ）とジャーナル軸受（動圧型ジャーナル気体軸受）（ｐ）の静止側ジャーナル軸受（ｈ）との間に形成されたプレート室（ｉ）に配置されているため、組付けの都合上、静止側スラスト軸受（ｆ）は回転側スラスト軸受（ｃ）を配置した後に後付けしている。一方、回転軸（ａ）は、回転側スラスト軸受（ｃ）を組付け可能なように羽根車（ｍ）側の先端側軸部（ｊ）を軸本体（ｋ）と別体とし、回転側スラスト軸受（ｃ）を回転軸（ａ）の装着軸部（ｌ）に配置した状態で上記先端側軸部（ｊ）を装着軸部（ｌ）に嵌着するようにしている。
【０００５】
このように、回転軸（ａ）を先端側軸部（ｊ）と軸本体（ｋ）との別部品で構成しているとともに、静止側スラスト軸受（ｆ）が静止側ジャーナル軸受（ｈ）と別体であるため、上述の如くシール部（ｇ）を静止側スラスト軸受（ｆ）と回転軸（ａ）との間に設ける場合には、両者の製作誤差や組付け誤差等を考慮してクリアランスを大きく設定する必要があり、よってシール部（ｇ）における漏れ流量が多くなってシール機能が低下するという問題がある。なお、図２中、（ｄ）はディフューザ空間、（ｎ）はスクロール空間、（ｏ）はプレート室（ｉ）とモータ室（ｅ）とを連絡するバイパス通路である。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、気体が多く漏れないようにシール性を向上さそうとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、シール部を回転側スラスト軸受よりもモータ室側に設けたことを特徴とする。
【０００８】
具体的には、本発明は、図１に示すように、一端に羽根車（１５）が設けられ、他端側がモータ室（１１）に配置された回転軸（１３）を回転させ、上記羽根車（１５）の回転により吸入気体を昇圧して吐出するターボ機械を対象とし、次のような解決手段を講じた。
【０００９】
すなわち、本発明の第１の解決手段は、上記回転軸（１３）をスラスト軸受（４３）及びジャーナル軸受（３７）によって回転自在に支持する。さらに、上記スラスト軸受（４３）をジャーナル軸受（３７）よりも羽根車（１５）寄りに配置し、上記回転軸（１３）に外側方に張り出すように嵌着されたスラスト円板からなる回転側スラスト軸受（４１）と、該回転側スラスト軸受（４１）よりも羽根車（１５）寄りに配置され、回転側スラスト軸受（４１）と対峙する静止側スラスト軸受（７）とで構成する。また、上記ジャーナル軸受（３７）を、回転軸（１３）の上記静止側スラスト軸受（７）よりもモータ室（１１）寄り部分を、上記静止側スラスト軸受（７）と別体である静止側ジャーナル軸受（３１）により非接触状態で回転自在に支持するジャーナル気体軸受で構成する。さらに、上記回転側スラスト軸受（４１）とジャーナル軸受（３７）との間において上記静止側ジャーナル軸受（３１）と回転軸（１３）との間に、上記羽根車（１５）による昇圧気体のラビリンスシール部（４５）を設けたことを特徴とする。
【００１０】
上記の構成により、本発明の第１の解決手段では、ラビリンスシール部（４５）とジャーナル軸受（３７）とが回転側及び静止側でそれぞれ１つの部品で構成可能であり、両者が別部品である場合の製作誤差や組付け誤差等を考慮することによる大きなクリアランス設定が不要になり、ラビリンスシール部（４５）における漏れ流量が低減してシール性が向上する。
【００１１】
本発明の第２の解決手段は、第１の解決手段において、回転側スラスト軸受（４１）を静止側スラスト軸受（７）とジャーナル軸受（３７）の静止側ジャーナル軸受（３１）との間に形成されたプレート室（３９）に配置する。さらに、上記ジャーナル軸受（３７）の静止側ジャーナル軸受（３１）にバイパス通路（４９）を設け、該バイパス通路（４９）によりシール部（４５）のジャーナル軸受（３７）側の端部とモータ室（１１）とを連絡したことを特徴とする。
【００１２】
上記の構成により、本発明の第２の解決手段では、羽根車（１５）外周（出口）からシール部（４５）に入った高温高圧の気体が、バイパス通路（４９）からモータ室（１１）に排出されてジャーナル軸受（３７）に入らず、軸受機能が阻害されない。
【００１３】
本発明の第３の解決手段は、第２の解決手段において、静止側スラスト軸受（７）に羽根車（１５）外周とプレート室（３９）とを連絡するバイパス通路（４７）を設けたことを特徴とする。
【００１４】
上記の構成により、本発明の第３の解決手段では、羽根車（１５）外周（出口）から出た高温高圧の気体が、バイパス通路（４７）からプレート室（３９）に流入し、該プレート室（３９）全体が均一な圧力になって回転側スラスト軸受（４１）の前後に差圧が作用せず、軸受機能が阻害されない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態に係るターボ機械としてのターボ圧縮機を示す。同図において、（１）はドーム形のケーシングであって、該ケーシング（１）は一端（図で左端）が開口した有底筒状のケーシング本体（３）と、該ケーシング本体（３）の開口を覆う閉塞部材（５）とで密閉構造に形成されている。上記ケーシング（１）の内部には静止側スラスト軸受（７）が上記閉塞部材（５）に接近して配置され、この閉塞部材（５）と静止側スラスト軸受（７）との間には、複数枚の羽根（１５ａ）を有する略円錐台形状の羽根車（インペラ）（１５）が配置されている。また、羽根車（１５）外周（インペラ出口）にはディフューザ空間（９）及びスクロール空間（１７）が形成されている。
【００１７】
上記ケーシング（１）の央部には回転軸（１３）が回転自在に配置され、該回転軸（１３）は、大径の軸本体（１３ａ）と該軸本体（１３ａ）に続く小径の先端側部分（１３ｂ）と、上記羽根車（１５）のボス部（１５ｂ）との別部品で構成されている。上記回転軸（１３）の一端（先端側部分（１３ｂ））には、上記羽根車（１５）のボス部（１５ｂ）が嵌着され、羽根車（１５）と閉塞部材（５）との間に僅かなクリアランスが設けられている。また、上記閉塞部材（５）の央部には、気体を吸入するための吸入管（１９）が上記羽根車（１５）に対応して接続されているとともに、ケーシング本体（３）の開口側には、昇圧気体を吐出するための吐出管（２１）が上記スクロール空間（１７）に連通するように接続されている。
【００１８】
上記回転軸（１３）の他端側（軸本体（１３ａ））は、低温低圧雰囲気の低圧ドーム構造のモータ室（１１）に配置されている。つまり、上記ケーシング本体（３）の周壁中程には導入管（５１）がモータ室（１１）に連通するように接続され、昇圧前の低温低圧の気体を導入管（５１）を経てモータ室（１１）に導入して内部を低温低圧雰囲気の低圧ドーム構造としている。また、上記ケーシング本体（３）の底壁には導出管（５３）が接続されているとともに、後述する第２静止側ジャーナル軸受（３３）には導出孔（３３ａ）が形成され、上記導出管（５３）が導出孔（３３ａ）を介してモータ室（１１）に連通するようになっている。この導出管（５３）は上記吸入管（１９）に配管（５５）によって接続され、モータ室（１１）から導出される低温低圧の気体を羽根車（１５）入口に導いて吸入使用するようになっている。また、上記モータ室（１１）には、ロータ（２３）とステータ（２５）とからなるモータ（２７）が配置され、該モータ（２７）のロータ（２３）は上記回転軸（１３）の中途部に固定され、一方、ステータ（２５）は上記ケーシング本体（３）内周に装着された周壁部材（２９）に上記ロータ（２３）と向かい合うように固定されている。
【００１９】
上記静止側スラスト軸受（７）のモータ室（１１）側には、第１静止側ジャーナル軸受（３１）が、反対側には第２静止側ジャーナル軸受（３３）がそれぞれ固定され、これら第１及び第２静止側ジャーナル軸受（３１），（３３）と上記周壁部材（２９）とによってハウジングが構成され、このハウジング内部をモータ室（１１）としている。一方、上記回転軸（１３）の第１及び第２静止側ジャーナル軸受（３１），（３３）側の周面には、複数のヘリングボーングルーブ（３５）が上記第１及び第２静止側ジャーナル軸受（３１），（３３）に向かい合うようにそれぞれ形成され、両者間の僅かなクリアランスに生成された気体圧力による気体膜により回転軸（１３）を非接触状態で回転自在に支持する動圧型ジャーナル気体軸受（３７）を構成している。
【００２０】
上記静止側スラスト軸受（７）と第１静止側ジャーナル軸受（３１）との間にはプレート室（３９）が形成され、該プレート室（３９）にはスラスト円板からなる回転側スラスト軸受（４１）が上記回転軸（１３）の先端側部分（１３ｂ）に外側方に張り出すように嵌着されて配置されている。静止側スラスト軸受（７）は回転側スラスト軸受（４１）よりも羽根車（１５）寄りに配置され、回転側スラスト軸受（４１）と対峙している。また、該回転側スラスト軸受（４１）の静止側スラスト軸受（７）側の面にはスパイラルグルーブ（図示せず）が形成され、静止側スラスト軸受（７）との間の僅かなクリアランスに生成された気体圧力による気体膜により回転軸（１３）のスラスト荷重を非接触状態で回転自在にする動圧型スラスト気体軸受（４３）を構成し、この動圧型スラスト気体軸受（４３）は、動圧型ジャーナル気体軸受（３７）よりも羽根車（１５）寄りに配置されている。そして、上記回転軸（１３）を動圧型スラスト気体軸受（４３）及び動圧型ジャーナル気体軸受（３７）によって回転自在に支持している。
【００２１】
本発明の特徴として、上記回転側スラスト軸受（４１）と動圧型ジャーナル気体軸受（３７）との間において上記静止側ジャーナル軸受（３１）と回転軸（１３）との間には、上記羽根車（１５）による昇圧気体のラビリンスシール部（４５）が設けられている。
【００２２】
このように、ラビリンスシール部（４５）と動圧型ジャーナル気体軸受（３７）とを回転側である軸本体（１３ａ）及び静止側である静止側ジャーナル軸受（３１）というそれぞれ１つの部品で構成していることから、両者が別部品である場合の製作誤差や組付け誤差等を考慮してクリアランスを大きく設定する必要がなく、ラビリンスシール部（４５）における漏れ流量を低減してシール性を高めることができる。
【００２３】
また、上記静止側スラスト軸受（７）には、羽根車（１５）外周とプレート室（３９）とを連絡する複数の第１バイパス通路（４７）が形成されているとともに、上記動圧型ジャーナル気体軸受（３７）の第１静止側ジャーナル軸受（３１）には、ラビリンスシール部（４５）の動圧型ジャーナル気体軸受（３７）側の端部とモータ室（１１）とを連絡する複数の第２バイパス通路（４９）が形成されている。
【００２４】
したがって、上記第１バイパス通路（４７）により、羽根車（１５）外周から出た高温高圧の気体を第１バイパス通路（４７）を経てプレート室（３９）に流入させることができ、該プレート室（３９）全体を均一な圧力にして回転側スラスト軸受（４１）の前後の差圧をなくし、軸受機能を阻害しないようにすることができる。
【００２５】
また、上記第２バイパス通路（４９）により、ラビリンスシール部（４５）に入った気体、つまり上記プレート室（３９）の高温高圧の気体をモータ室（１１）に排出させることができ、これにより、動圧型ジャーナル気体軸受（３７）に入らないようにして軸受機能を阻害しないようにすることができる。
【００２６】
このように構成されたターボ圧縮機は、例えば空調機の冷媒回路等に使用される。つまり、冷媒ガス等の気体を羽根車（１５）の回転により吸入管（１９）から吸入して昇圧し、昇圧気体をディフューザ空間（９）及びスクロール空間（１７）を経て吐出管（２１）から吐出するようになっている。この間、昇圧前の低温低圧の気体が導入管（５１）からモータ室（１１）に導入され、導出管（５３）及び配管（５５）を経て吸入管（１９）に還流される。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、回転軸（１３）から外側方に張り出す回転側スラスト軸受（４１）と、モータ室（１１）側であるジャーナル軸受（３７）との間において静止側ジャーナル軸受（３１）と回転軸（１３）との間に、羽根車（１５）による昇圧気体のラビリンスシール部（４５）を設けた。したがって、シール部（４５）とジャーナル軸受（３７）とを回転側及び静止側でそれぞれ１つの部品で構成することができ、両者が別部品であることによる製作誤差や組付け誤差等に起因してシール部（４５）においてクリアランスを大きくせずに済み、高精度のシールを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るターボ圧縮機全体の断面図である。
【図２】従来例のターボ圧縮機の要部断面図である。
【符号の説明】
（７）静止側スラスト軸受
（１１）モータ室
（１３）回転軸
（１５）羽根車
（３１）静止側ジャーナル軸受
（３７）動圧型ジャーナル気体軸受
（３９）プレート室
（４１）回転側スラスト軸受
（４３）動圧型スラスト気体軸受
（４５）ラビリンスシール部
（４７）第１バイパス通路
（４９）第２バイパス通路

Claims

一端に羽根車（１５）が設けられ、他端側がモータ室（１１）に配置された回転軸（１３）を回転させ、上記羽根車（１５）の回転により吸入気体を昇圧して吐出するターボ機械であって、
上記回転軸（１３）は、スラスト軸受（４３）及びジャーナル軸受（３７）によって回転自在に支持され、
上記スラスト軸受（４３）は、ジャーナル軸受（３７）よりも羽根車（１５）寄りに配置され、上記回転軸（１３）に外側方に張り出すように嵌着されたスラスト円板からなる回転側スラスト軸受（４１）と、該回転側スラスト軸受（４１）よりも羽根車（１５）寄りに配置され、回転側スラスト軸受（４１）と対峙する静止側スラスト軸受（７）とからなり、
上記ジャーナル軸受（３７）は、回転軸（１３）の上記静止側スラスト軸受（７）よりもモータ室（１１）寄り部分を、上記静止側スラスト軸受（７）と別体である静止側ジャーナル軸受（３１）により非接触状態で回転自在に支持するジャーナル気体軸受であり、
上記回転側スラスト軸受（４１）と上記ジャーナル軸受（３７）との間において上記静止側ジャーナル軸受（３１）と回転軸（１３）との間には、上記羽根車（１５）による昇圧気体のラビリンスシール部（４５）が設けられていることを特徴とするターボ機械。
請求項１記載のターボ機械において、
回転側スラスト軸受（４１）は、静止側スラスト軸受（７）とジャーナル軸受（３７）の静止側ジャーナル軸受（３１）との間に形成されたプレート室（３９）に配置され、
上記ジャーナル軸受（３７）の静止側ジャーナル軸受（３１）には、シール部（４５）のジャーナル軸受（３７）側の端部とモータ室（１１）とを連絡するバイパス通路（４９）が設けられていることを特徴とするターボ機械。
請求項２記載のターボ機械において、
静止側スラスト軸受（７）には、羽根車（１５）外周とプレート室（３９）とを連絡するバイパス通路（４７）が設けられていることを特徴とするターボ機械。