JP4742886B2 - Rotating equipment - Google Patents
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本発明は、シャフト挿通孔を備えた隔壁を有するケーシング内に、オイル潤滑式の軸受に回転可能に支持させてなるとともに翼車取付部を延出させたシャフトと、前記翼車取付部に取り付けた翼車とを収納させてなる回転機器に関する。 The present invention includes a shaft that is rotatably supported by an oil-lubricated bearing in a casing having a partition wall provided with a shaft insertion hole, and that is attached to the impeller attachment portion. The present invention relates to a rotating device that houses an impeller.
この種の回転機器として代表的なターボブロワには、翼車室、モータ室、及びこれらを区画するとともにシャフト挿通孔を備えた隔壁を有するケーシングと、モータ室に設けたモータに駆動されモータ室内に設けた流体潤滑式の軸受に回転可能に支持させてなるとともに翼車室側に翼車取付部を延出させたシャフトと、前記翼車取付部に取り付けた翼車とを具備するものが知られている。このような回転機器においては、前記軸受に供給する潤滑材が翼車室側に漏出し、該翼車室を通過するガス等の流体が汚染される不具合の発生を防ぐべく、モータ室側に真空ポンプ等の排気手段を接続し、該翼車室を通過するガス等の流体の一部を翼車室からモータ室へ流し、潤滑液をモータ室へ押し戻すことが従来考えられてきている。(例えば特許文献1を参照。)なお、前記特許文献1では、翼車室は循環ガス圧縮室、モータ室は軸受保持室、翼車はターボ翼としてそれぞれ述べられている。
ところで、前記特許文献1記載のように構成すると、該翼車室を通過するガスがモータ保持室へ流すことにより空費されるので、該翼車室を通過するガス等の流体の量を維持すべく、翼車室側に流体を外部から補充する必要がある。そこで、流体の補充量を抑えるべく、シャフトとケーシングとの間に微小隙間を形成し、この微小隙間による絞り効果で流体のシールを行うようにしている。このようにシャフトとケーシングとの間に微小隙間を形成する際、従来は微小隙間の幅を小さくしてモータ室側への流出を極力少なくすべく、精密な加工によりシール部を設けるようにしている。しかし、シール部の形成の際に加工精度が要求されるので、シール部の製造コストがかさむ不具合が生じている。
By the way, if it comprises as the said
本実施形態は、このような課題を解決すべく、シャフトとケーシングとの間の隙間に潤滑材が留まらない構成を実現するものである。 In order to solve such a problem, the present embodiment realizes a configuration in which the lubricant does not remain in the gap between the shaft and the casing.
すなわち本発明に係る回転機器は、隔壁により翼車室及びモータ室に区画された内部空間を有し前記隔壁にシャフトを挿通可能なシャフト挿通孔を設けているケーシングと、このケーシングのモータ室内に設けた流体潤滑式の軸受に回転可能に支持させてなる基部及び前記翼車室内に配した翼車取付部を有し前記シャフト挿通孔に挿通させてなるシャフトと、このシャフトの翼車取付部に取り付けた翼車と、この翼車を回転駆動すべく前記モータ室内に設けられ前記シャフトを回転駆動するモータと、前記モータ室内を前記翼車室よりも低圧に保つための排気手段とを具備するものであって、前記シャフトとシャフト挿通孔との間の隙間に、螺旋溝を利用して流体の前記翼車室から前記モータ室への流れを抑制するための流体漏出抑制領域を設けるとともに、前記シャフトとシャフト挿通孔との間の隙間における前記流体漏出抑制領域よりも前記モータ室寄りの領域に、螺旋溝を利用して流体をモータ室側に付勢するための流体付勢領域を設け、さらに前記流体付勢領域による付勢能力を前記流体漏出抑制領域の抑制能力よりも大きくしていることを特徴とする。 That is, the rotating device according to the present invention includes a casing having an internal space partitioned into an impeller chamber and a motor chamber by a partition wall and provided with a shaft insertion hole through which the shaft can be inserted, and a motor chamber of the casing. A base that is rotatably supported by a fluid lubrication-type bearing provided, a shaft that has an impeller mounting portion disposed in the impeller chamber, and that is inserted through the shaft insertion hole; and an impeller mounting portion of the shaft An impeller attached to the impeller, a motor provided in the motor chamber for rotationally driving the impeller, and a shaft for rotating the shaft, and exhaust means for keeping the motor chamber at a lower pressure than the impeller chamber. A fluid leakage suppression region for suppressing a flow of fluid from the impeller chamber to the motor chamber using a spiral groove in a gap between the shaft and the shaft insertion hole. Only Rutotomoni, in the region of the motor chamber nearer the fluid leakage suppression area in the gap between the shaft and the shaft insertion hole, with the fluid for urging the fluid into the motor chamber side using a helical groove An urging area is provided, and the urging ability of the fluid urging area is made larger than that of the fluid leakage suppressing area .
このように構成すれば、精密な加工によりシール部を設けることなく、前記シャフト又は前記シャフト挿通孔の少なくとも一方に螺旋溝を設ける簡単な加工により、ガス等の流体の空費を抑える効果を実現できる。 If comprised in this way, the effect which suppresses the wasteful cost of fluids, such as gas, is realized by simple processing which provides a spiral groove in at least one of the shaft or the shaft penetration hole without providing a seal part by precise processing. it can.
本発明に係る回転機器は、螺旋溝を利用して流体の翼車室からモータ室への流れを抑制するための流体漏出抑制領域を設けているので、前記シャフト又は前記シャフト挿通孔の少なくとも一方に螺旋溝を設ける簡単な加工により、ガスの流体の空費を抑える効果を低コストで実現できる。 In the rotating device according to the present invention, since the fluid leakage suppression region for suppressing the flow of fluid from the impeller chamber to the motor chamber is provided using the spiral groove, at least one of the shaft or the shaft insertion hole is provided. The effect of suppressing the waste of the gas fluid can be realized at a low cost by a simple process of providing a spiral groove on the surface.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態に係る回転機器であるターボブロワ100は、図示しないCO2ガスレーザ等のレーザ発振部にガス等の流体(以下単にガスと記す)を供給するためのものであり、ガス循環経路上にレーザ発振部と直列して設けられている。
A
具体的にこのターボブロワ100は、概略断面図を図1に示すように、隔壁53により翼車室たるターボ翼室51及びモータ室52に区画された内部空間を有するケーシング5と、このケーシング5の内部空間に収納させたシャフト2と、このシャフト2に取り付けた翼車たるターボ翼1と、このターボ翼1を回転駆動すべく前記モータ室52内に設けられ前記シャフト2を回転駆動するモータ4とを具備する遠心式のものである。なお、本実施例のものはシャフト2を起立させて使用する。
Specifically, as shown in FIG. 1, the
前記ケーシング5のターボ翼室51内には前記ターボ翼1、モータ室52内には前記電動モータ4を収納するようにしている。前記隔壁53には前記シャフト2を挿通可能なシャフト挿通孔5xを設けていて、このシャフト挿通孔5xを介して前記ターボ翼室51及び前記モータ室52を連通させている。さらに詳述すると、前記ターボ翼室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54と、ターボ翼1の側方に開口するガス導出ポート55とを備えている。一方、前記モータ室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56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を配設するための上下の軸受配設部57a、57bと、下端部に設けられ軸受潤滑用の潤滑液である潤滑オイルOILを滞留させておくオイルだめ部58と備えている。そして本実施形態では、ガスが前記シャフト挿通孔5xと前記シャフト2との間の隙間を前記モータ室52内に向かう方向に流れるようにすべく、前記モータ保持室52内のガスを排気手段である真空ポンプ9により排気して前記モータ室52内を前記ターボ翼室51内よりも低圧に保つようにしている。
The
上下の転がり軸受3、3は、前記モータ室52内の上下の軸受配設部57a、57bにそれぞれ支持させたもので、後述する電動モータ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、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。そして、これら転がり軸受3、3は、シャフト2内に設けた後述するオイル供給路21aを介して潤滑材、具体的には潤滑オイルOILの供給を受ける流体潤滑式の軸受である。
The upper and lower
前記シャフト2は、前記モータ室52内に配した前記転がり軸受3に回転可能に支持させてなるとともに内部にオイル供給路21aを有する基部21と、この基部21から延出させているとともに前記シャフト挿通孔5xを通過させてなる中間部22と、この中間部22から延出させて前記ターボ翼室51内に配した翼車取付部たるターボ翼取付部23とを具備する。前記基部21内部に形成したオイル供給路21aはこのシャフト2の下端面に開口し、その開口がオイルだめ部58内の潤滑オイルOILに浸かっている状態にしてある。また、各転がり軸受3の上側におけるシャフト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。オイル供給路21aの下端部21bは、遠心ポンプ部として機能するように構成されている。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。すなわち、シャフト2の回転による遠心力でオイルだめ58から潤滑オイルOILをテーパ面に沿って上昇させ、吸い上げたオイルをシャフト2の外周面にそれぞれ設けた開口から噴射して各転がり軸受3に供給できるように構成されている。なお、この潤滑オイルOILは、シャフト2の回転によって、モータ室52内では噴霧状態としても存在している。
The
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を立設した一般に知られているもので、前記シャフト2のターボ翼取付部23に取り付けている。
The
電動モータ4は、ロータ41をシャフト2に外嵌させて固着するとともに、ロータ41の周囲にケーシング5に支持させてステータ42を配設した例えばDCブラシレス式のものであって、シャフト2と一体的に設け、直接的にシャフト2を回転駆動させるものである。本実施例ではシャフト2及び電動モータ4の駆動源として図示しないインバータを用いている。
The electric motor 4 is, for example, a DC brushless type in which a rotor 41 is externally fitted and fixed to the
しかして本実施形態では、本実施形態では、前記図1、およびこの図1におけるシャフト挿通孔5x付近の拡大図である図2に示すように、前記シャフト2と前記シャフト挿通孔5xとの間の隙間Sには、第2の螺旋溝2yを利用して流体のターボ翼室51からモータ室52への流れを抑制するための流体漏出抑制領域A2を設けている。具体的には、前記シャフト2の中間部22のうちターボ翼室51寄りの部位に、このシャフト2の前記図2における矢印x方向への回転に応じて見かけ位置がターボ翼室51側に移動するような第2の螺旋溝2yを設けている。ここで、前記図2に示す状態から位相を90度移動させた状態の図を図3に示す。以下、シャフト2の前記矢印x方向への回転に応じて螺旋溝間に位置するネジ山の見かけ位置がモータ室52側に移動するような螺旋溝を順方向ネジ溝と称する。また、シャフト2の前記矢印x方向への回転に応じて螺旋溝間に位置するネジ山の見かけ位置がターボ翼室51側に移動するような螺旋溝は逆方向ネジ溝と称する。
Accordingly, in this embodiment, as shown in FIG. 1 and FIG. 2 which is an enlarged view of the vicinity of the
前記シャフト2を前記図2における矢印x方向に回転させると、この第2の螺旋溝2y内の流体、具体的には主にターボ翼室51からこの第2の螺旋溝2y内に進入したガスは、この第2の螺旋溝2y内で矢印x方向と逆方向に移動するよう付勢される。すなわち、この第2の螺旋溝2yは上述したように逆方向ネジ溝であるので、前記流体はターボ翼室51側、すなわちこのガスの流れる方向と逆側に付勢される。また、第2の螺旋溝2yを形成するネジ山2y1と前記シャフト挿通孔5xとの間に位置する微小隙間SSSも、シャフト2の回転につれて移動する。そして、この微小隙間SSSに侵入している潤滑オイルOILも、前記ネジ山2x1に付勢されてシャフト2の回転速度より低い速度で前記矢印x方向に移動し、第2の螺旋溝2y内に達する。
When the
また、本実施形態では、前記図1及び図2に示すように、前記シャフト2と前記シャフト挿通孔5xとの間の隙間Sにおける前記流体漏出抑制領域A2よりも前記モータ室52寄りの領域に、第1の螺旋溝2xを利用して流体をモータ室52側に付勢するための流体付勢領域A1を設けている。具体的には、前記シャフト2の中間部22のうちモータ室52寄りの部位に、順方向ネジ溝である第1の螺旋溝2xを設けている。
Moreover, in this embodiment, as shown in the said FIG.1 and FIG.2, in the area | region near the said
前記シャフト2を前記図2における矢印x方向に回転させると、この第1の螺旋溝2x内の流体、具体的にはガスと潤滑オイルOILの微細粒子等との混合物はこの第1の螺旋溝2x内で矢印x方向と逆方向に移動するよう付勢される。すなわち、この第1の螺旋溝2xは上述したように順方向ネジ溝であるので、前記流体はモータ室52側に付勢され、潤滑オイルOILの微細粒子等がモータ室52に排出される。また、第1の螺旋溝2xを形成するネジ山2x1と前記シャフト挿通孔5xとの間に位置する微小隙間SSは、シャフト2の回転につれて移動する。そして、この微小隙間SSに侵入している潤滑オイルOILも、前記ネジ山2x1に付勢されてシャフト2の回転速度より低い速度で前記矢印x方向に移動し、第1の螺旋溝2x内に達した後、上述したようにこの第1の螺旋溝2x内をモータ室52側に向けて移動するよう付勢される。
When the
そして本実施形態では、上述したターボ翼室51からモータ室52への流体の流れを確保すべく、シャフト2の流体付勢領域A1と流体漏出抑制領域A2との間に対応する部位に、該流体付勢領域A1及び流体漏出抑制領域A2の少なくともネジ山2x1、2y1に対応する部位よりも径を小さくした小径部221を設け、シャフト2の小径部221と前記シャフト挿通孔5xとの間の部位における前記隙間Sの幅を、これら流体付勢領域A1と流体漏出抑制領域A2における前記隙間Sの幅よりも大きくしている。
In the present embodiment, in order to ensure the flow of fluid from the
また、モータ室52側の圧力脈動に起因してモータ室52とターボ翼室51との間の圧力差が逆転した場合においても上述したターボ翼室51からモータ室52への流体の流れを確保できるようにすべく、前記流体付勢領域A1による付勢能力を前記流体漏出抑制領域A2の抑制能力よりも大きくしている。
Further, even when the pressure difference between the
以上に述べたように、本実施形態に係るターボ型回転機器であるターボブロワ100の構成によれば、前記流体付勢領域A1よりターボ翼室51寄りに逆方向ネジ溝である第2の螺旋溝2yを利用して流体をターボ翼室51側に付勢するための流体漏出抑制領域A2を設けているので、この流体漏出抑制領域A2ではガスが第2の螺旋溝2y内をターボ翼室51側に移動する方向に付勢され、ターボ翼室51からモータ室52へのガスの流出を抑えることができる。さらに、第2の螺旋溝2yを形成するネジ山2y1と前記シャフト挿通孔5xとの間に位置する微小隙間SSSがシャフト2の回転に伴い移動するので、上述した作用により潤滑オイルOILが表面張力によりこの微小隙間SSSに滞留することを防ぐこともできる。
As described above, according to the configuration of the
また、本実施形態では、前記シャフト2と前記シャフト挿通孔5xとの間の隙間Sに順方向ネジ溝である第1の螺旋溝2xを利用して流体をモータ室52側に付勢するための流体付勢領域A1を設けているので、この流体付勢領域A1に達した潤滑オイルOIL等の不純物の微細粒子はシャフト2の回転に伴い周囲のガスなど他の流体とともに第1の螺旋溝2x内をモータ室52側に移動するよう付勢され、モータ室52に排出される。したがって、真空ポンプ9の起動直後のモータ室52とターボ翼室51との間の圧力差が小さい時間帯であっても、潤滑オイルOIL等の不純物をモータ室52に排出でき、該不純物がターボ翼室51側に侵入してこのターボ翼室51を通過するガスが汚染されることを防げる。また、第1の螺旋溝2xを形成するネジ山2x1と前記シャフト挿通孔5xとの間に位置する微小隙間SSがシャフト2の回転に伴い移動するので、上述した作用により潤滑オイルOILが表面張力によりこの微小隙間SSに滞留することを防ぐことができ、従って前記シャフト2と前記シャフト挿通孔5xとの間に発生する摩擦熱や微小粒子との混合による潤滑オイルOILの劣化を防ぐこともできる。
Further, in the present embodiment, the fluid is urged toward the
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限られない。 The present invention is not limited to the embodiment described above.
例えば、上述したような前記第2の螺旋溝2yを利用した流体漏出抑制領域A2に代えて、図4に示すように、前記シャフト挿通孔5x側に刻設した順方向ネジ溝5zを利用して流体漏出抑制領域AA2を形成してもよい。このような流体漏出抑制領域AA2を設けた場合、シャフト2を図4の矢印x方向に回転させると、前記順方向ネジ溝5z内の流体もこれにつれて矢印x方向に進むよう付勢される。すなわち、前記順方向ネジ溝5z内の流体はターボ翼室51側に向けて付勢される。
For example, instead of the fluid leakage suppression region A2 using the
また、上述したような前記第1の螺旋溝2xを利用した流体付勢領域A1に代えて、上述した実施形態における図2に対応する図を図4に示すように、前記シャフト挿通孔5x側に刻設した逆方向ネジ溝5yを利用して流体付勢領域AA1を設けてもよい。このような流体付勢領域AA1を設けた場合、シャフト2を図4の矢印x方向に回転させると、前記逆方向ネジ溝5y内の流体もこれにつれて矢印x方向に進むよう付勢され、前記逆方向ネジ溝5y内の流体はこの逆方向ネジ溝5y内をモータ室52側に向けて移動する。
Further, instead of the fluid energizing region A1 using the
もちろん、前記第1、第2の螺旋溝2x、2yと、前記シャフト挿通孔5x側に刻設した逆方向ネジ溝、及び前記シャフト挿通孔5x側に刻設した順方向ネジ溝の少なくとも一方を同時に設けてもよく、また、上述した実施形態に係る流体付勢領域A1と前記流体漏出抑制領域AA2との組合せ、または前記流体付勢領域AA1と上述した実施形態に係る流体漏出抑制領域A2との組合せを採用してもよい。
Of course, at least one of the first and
さらに、前記流体付勢領域A1、AA1は省略し、前記流体漏出抑制領域A2、AA2を前記隙間の前記シャフトの延伸方向略全域にわたって設けてもよい。この場合、図5に示すように、前記シャフト挿通孔5xの前記モータ室52側端縁に他の部分よりも大径な大径部5x1を形成してこの大径部5x1とシャフト2との間の隙間Sの幅をシャフト2の径方向に広くし、この部位に達した潤滑オイルの微小粒子を含む流体が真空ポンプ9に向けて流れやすくするとよい。また、前記大径部5x1とシャフト挿通孔5xとの間に段部を設ければ、この回転機器の起動直後等において過渡的にモータ室内52がターボ翼室51よりも高圧となる時間帯においても、前記大径部5x1の壁面に付着した潤滑オイルをこの段部に留めることができるので、該潤滑オイルがシャフト挿通孔5x伝いにターボ翼室51に向かい移動することを抑止できる。さらに、シャフト2の前記大径部5x1に対向する部位に少なくとも前記ネジ山2y1に対応する部位より小径な小径部221を設けるとなおよい。
Further, the fluid urging regions A1 and AA1 may be omitted, and the fluid leakage suppression regions A2 and AA2 may be provided over substantially the entire extending direction of the shaft of the gap. In this case, as shown in FIG. 5, a large-diameter portion 5x1 having a larger diameter than other portions is formed at the end of the
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1…ターボ翼
2…シャフト
2y…(第2の)螺旋溝
3…軸受
4…モータ
5…ケーシング
51…ターボ翼室
52…モータ室
53…隔壁
5x…シャフト挿通孔
9…真空ポンプ(排気手段)
A2…流体漏出抑制領域
DESCRIPTION OF
A2 ... Fluid leakage suppression area
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