JP4543828B2 - High speed rotating equipment - Google Patents
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Description
本発明は、ターボ翼を備え、その回転にてガスの排気等を行う高速回転機器に関する。 The present invention relates to a high-speed rotating device that includes a turbo blade and exhausts gas or the like by its rotation.
この種のターボ型回転機器には、ガス排気を行うためのターボ翼と、このターボ翼の底面から突出された回転軸と、潤滑油による潤滑を利用して回転軸を回転自在に支持する転がり軸受と、潤滑油を前記回転軸の下方位に貯留する潤滑油貯留部と、回転軸の中心軸内方に穿設され下方に向かい油供給孔を有し潤滑油を下方より吸いあげて転がり軸受に供給する潤滑油供給機構を備えたものが知られている。図5は、この従来におけるターボ型回転機器の基本的な構成を示している。 This type of turbo rotating device includes a turbo blade for exhausting gas, a rotating shaft protruding from the bottom surface of the turbo blade, and a rolling device that rotatably supports the rotating shaft by using lubrication with lubricating oil. A bearing, a lubricating oil reservoir for storing lubricating oil in the downward direction of the rotating shaft, and an oil supply hole drilled inward at the center axis of the rotating shaft, sucking up the lubricating oil from below and rolling. One having a lubricating oil supply mechanism for supplying a bearing is known. FIG. 5 shows a basic configuration of this conventional turbo rotating device.
図5に示すターボ型回転機器は、ターボ翼1でガスを圧縮し排気するものであり、ハウジング5と、ターボ翼1と、このターボ翼1の底面から一体的に延出した回転軸2と、この回転軸2を回転可能に支持する転がり軸受3と、この回転軸2を回転させる電動モータ4とを具備してなる遠心式のものである。なお、回転軸2は起立されている。
The turbo rotating device shown in FIG. 5 compresses and exhausts gas with a turbo blade 1, and includes a housing 5, a turbo blade 1, and a rotating shaft 2 that integrally extends from the bottom surface of the turbo blade 1. The centrifugal bearing is provided with a rolling bearing 3 that rotatably supports the rotating shaft 2 and an
ハウジング5は、ターボ翼1を収容するガス圧縮室51と、このガス圧縮室51の下端に連続して設けられ、回転軸2を遊嵌させる軸受保持室52とを備えている。ガス圧縮室51は、各ターボ翼1の頂部方向に開口するガス導入ポート53と、ターボ翼1の側方に開口するガス排出ポート54とを備えている。軸受保持室52は、その中央近傍に設けられ後述する電動モータ4を配設するためのモータ配設部55と、このモータ配設部55の上下方にそれぞれ設けられ転がり軸受3を配設するための軸受配設部56と、下端部に設けられ軸受潤滑用の潤滑液である潤滑油JLを貯留させておく潤滑油貯留部22と備えている。
The housing 5 includes a
ターボ翼1は、切頭円錐状の基体11の斜面部に螺旋状に複数の翼体12を立設したもので一般に知られているものである。また、転がり軸受3は、軸受配設部56に支持させたもので、電動モータ4の上下にそれぞれ配置されている。本実施例では、これら転がり軸受3としてアンギュラタイプのものを採用し、ジャーナル方向、スラスト方向に作用する両荷重を支持しうるようにしている。
The turbo blade 1 is a generally known one in which a plurality of
回転軸2の中心軸内方には、潤滑油供給孔21が穿設されている。この潤滑油供給孔21は回転軸2の下端面に開口し、その開口が潤滑油貯留部22内の潤滑油JLに浸かっている状態にしてある。また、各転がり軸受3の上側における回転軸2の外周面にもそれぞれ開口するように構成されている。潤滑油供給孔21の下端部21Aは、遠心ポンプ部として機能するように構成されている。すなわち具体的には下方に向かって断面積が減少するテーパ状のものとなっている。したがって、回転軸2の回転による遠心力で潤滑油貯留部22から潤滑油JLをテーパ面に沿って上昇させ、吸い上げた潤滑油JLを回転軸2の外周面にそれぞれ設けた開口2Hから噴射してそれぞれ転がり軸受3に供給できるように構成されている。なお、この潤滑油JLは、回転軸2の回転によって、軸受保持室52内では噴霧状態としても存在している。
A lubricating
電動モータ4は、回転子4Rを回転軸2に外嵌させて固着するとともに、回転子4Rの周囲にハウジング5に支持させて固定子4Sを配設した例えばDCブラシレス式のものであって、回転軸2と一体的に設け、直接的に回転軸2を駆動させるものである。本実施例では電動モータ4の駆動源として図示しないインバータを用いている。4Cは固定子4Sのコイルを示している。
ところで、上記電動モータには高周波交流電動モータが使用されるが、この種の電動モータにおいては固定子側(固定子4Sのコイル4C)において損失が発生する。すなわち固定子4Sはけい素銅板に対してコイル4Cを巻回構成しているが電動モータの作動時固定子4Sの内部にて一次銅損(コイル内)と鉄損(けい素銅板内)の損失が発生し発熱する。 By the way, a high-frequency AC electric motor is used as the electric motor. In this type of electric motor, a loss occurs on the stator side (coil 4C of the stator 4S). That is, the stator 4S is configured by winding the coil 4C around the silicon copper plate, but the primary copper loss (in the coil) and the iron loss (in the silicon copper plate) are within the stator 4S when the electric motor is operated. Loss occurs and heat is generated.
しかもこの電動モータ4は図5に示すように排気系側に配設されていて、低圧域であり、固定子4Sのコイル4Cの端部から周囲のガスへの熱伝達も低く、したがってより高温となる傾向にある。
In addition, the
このような問題を解決するため、ハウジング5には、冷却水路として、SUS製のパイプ23が電動モータ4を、例えばスパイラル状に巻回して埋設されている。しかしながら、ハウジング5は例えばアルミ鋳物等で形成されており、鋳物の性質上、パイプ23の外周表面とハウジング5との間には微小隙間が存在して密着性が悪いので、冷却効率を向上させる阻害要因となっている。冷却効率の向上のため、冷却水の量を増大させる対策も考えられるが、根本的な解決にはならず、しかも、ランニングコストがアップするという問題を有している。
In order to solve such a problem, a
このように従来の高速回転機器においては、電動モータ4の固定子4Sのコイル4Cの温度上昇を抑制する冷却手段による冷却効率を向上させることが大きな課題となっているが、本発明はこのような問題を解決する高速回転機器を提供するものである。
As described above, in the conventional high-speed rotating device, it is a big problem to improve the cooling efficiency by the cooling means for suppressing the temperature rise of the coil 4C of the stator 4S of the
上記した課題を解決するため、本発明が提供する高速回転機器は、ガス排気等を行うためのターボ翼と、このターボ翼から一体的に突出された回転軸とともに、ハウジングには、この回転軸の周囲に配設され回転軸を回転駆動する電動モータと、潤滑油による潤滑を利用して前記回転軸を回転自在に支持する転がり軸受と、前記潤滑油を前記回転軸の下方位に貯留する潤滑油貯留部と、前記回転軸の中心軸内方に穿設され下方に向かい油供給孔を有し潤滑油を下方より吸いあげて前記転がり軸受に供給する潤滑油供給機構と、前記電動モータの周囲に冷却用配管とを具備した高速回転機器において、前記ハウジングには、前記電動モータの周囲において前記冷却用配管が露出する液体貯留部が形成されたこと特徴する。 In order to solve the above-described problems, a high-speed rotating device provided by the present invention includes a turbo blade for performing gas exhaust and the like, a rotating shaft integrally protruding from the turbo blade, and a housing including the rotating shaft. An electric motor that is disposed around the motor and rotates the rotating shaft, a rolling bearing that rotatably supports the rotating shaft using lubrication oil, and stores the lubricating oil in the lower direction of the rotating shaft. A lubricating oil reservoir; a lubricating oil supply mechanism that is perforated inside the central axis of the rotating shaft and has an oil supply hole facing downward; and sucks the lubricating oil from below and supplies it to the rolling bearing; and the electric motor In the high-speed rotating device provided with a cooling pipe around the housing, the housing is characterized in that a liquid storage portion is formed in the housing around which the cooling pipe is exposed around the electric motor .
また、前記液体貯留部に貯留される液体として、前記潤滑油と同種のものを使用してもよい。 Moreover, you may use the same kind as the said lubricating oil as a liquid stored in the said liquid storage part.
さらに、前記液体貯留部はバルブを介して前記潤滑油貯留部又はステータ外部と連通する流路を設けたり、前記液体貯留部は内部の液体が外部に曝されないよう閉成されたりすることもある。 Further, the liquid reservoir may be provided with a flow path communicating with the lubricant reservoir or the outside of the stator through a valve, or the liquid reservoir may be closed so that the liquid inside is not exposed to the outside. .
本発明が提供する高速回転機器は以上詳述したとおりであるから、電動モータの固定子を効率良く冷却でき、低圧環境下における電動モータの温度上昇を阻止できる。 Since the high-speed rotating device provided by the present invention is as described in detail above, the stator of the electric motor can be efficiently cooled, and the temperature increase of the electric motor in a low pressure environment can be prevented.
以下本発明が提供する高速回転機器を図1、2に示す実施例にしたがって説明する。図1は本発明による高速回転機器、たとえば真空ポンプに適用した実施例の基本的な構成を示す断面図、図2は、図1の液体貯留部31周辺の部分断面図である。
Hereinafter, the high-speed rotating device provided by the present invention will be described with reference to the embodiments shown in FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a basic configuration of an embodiment applied to a high-speed rotating device according to the present invention, for example, a vacuum pump, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view around a
図1に示すとおり、回転軸2はハウジング5の中央部に垂設されて配置され、上下2個の転がり軸受3に回転自在に保持されている。回転軸2の上方にはターボ翼1が固定保持され電動モータ4の作動によって回転駆動されて、ガスの圧縮による排気が行われる。一方回転軸2には内方中央に潤滑油JLを上方の転がり軸受3に供給するための潤滑油供給孔21が穿設されているから、潤滑油JLは下方の潤滑油貯留部22から上方へ移され、開口2Hを介して外方に供給され各転がり軸受3の潤滑を行う。これら図5と同一の符号で示される部品や構造は図5と同様の機能を行うものであり、詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 1, the rotating shaft 2 is disposed so as to be suspended from the central portion of the housing 5, and is rotatably held by two upper and lower rolling bearings 3. The turbo blade 1 is fixedly held above the rotating shaft 2 and is driven to rotate by the operation of the
以上の構成において、本発明による高速回転機器では、アルミ製鋳物等で形成されるハウジング5に、冷却水路としてSUS製のパイプ23が、電動モータ4の周囲を、例えばスパイラル状に巻回されてハウジング5に埋設されているとともに、ハウジング5は、パイプ23の少なくとも一部が露出するように空間が形成され、この空間からなる液体貯留部31にはオイルCL等の液体が収容される。そして、収容したオイルCLが、液体貯留部31の表面に鋳物による凹凸があっても、オイルCLが、液体貯留部31の凹凸に浸入して、その表面に隙間無く密接する。なお、パイプ23は、ハウジング5に対して着脱可能にユニット化されることで、メンテナンス時の交換が容易となる。
In the above configuration, in the high-speed rotating device according to the present invention, the
そして、外部の冷却水供給源からパイプ23に冷却水を流し循環することにより、パイプ23を介して、冷熱が液体貯留部31内のオイルCLに熱伝播されてハウジング5を冷却するが、この際、ハウジング5内の水は液体貯留部31の表面に密接していることにより、冷熱がムラなく、ハウジング5に伝播されるので、冷却効率良くハウジング5が冷却され、課題であった、電動モータ4の固定子4Sのコイル4Cの温度上昇を効果的に抑制することができる。
Then, by flowing and circulating the cooling water from the external cooling water supply source to the
なお、次に説明する態様についても、本発明に含まれるものである。すなわち、液体貯留部23に貯留されるオイルCLは、潤滑油と同種のオイルを使用してもよい。これによって、別途、冷却用のオイル等の液体を用意する必要がなく経済的であり、管理も容易である。また、オイル以外に水などを使用してもよい。
Note that aspects described below are also included in the present invention. That is, the oil CL stored in the
また、図3に示したように、液体貯留部31と潤滑油貯留部22とをバルブ34を介して連通する流路35を設けたり、また、液体貯留部31とハウジング5外部とをバルブ34を介して連通する流路35を設けたりすることによって、液体貯留部31内のオイルCLを交換する際、オイルCLの排出が簡便化される。
Further, as shown in FIG. 3, a
さらに、図4に示したように、液体貯留部31の開口部分を、内部のオイルCLが外部に曝されないよう蓋38で閉じることで、貯留に用いるオイルCLが潤滑油と異種の場合に運転中に混在することを防止するとともに、特にCO2レーザのガス循環用として使用した場合、CO2レーザ発振時に生じるオゾン等により、液体貯留部31に貯留したオイルCLが酸化劣化する影響を排除することができる。なお、この構造では、バルブ36を介して液体貯留部31に連通する流路37からオイルCLが供給されるとともに、図3と同様に、バルブ34を介して流路35により、液体貯留部31からオイルCLが排出される。
Furthermore, as shown in FIG. 4, the opening of the
1 ターボ翼
2 回転軸
3 転がり軸受
4 電動モータ
22 潤滑油貯留部
23 パイプ(冷却水路)
31 液体貯留部
CL オイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbo blade 2 Rotating shaft 3 Rolling bearing 4
31 Liquid reservoir CL Oil
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