JP4844038B2 - Turbo rotating equipment - Google Patents
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Description
本発明は、たとえば気体レーザ発振器装置におけるガス循環用の電動コンプレッサとしてのブロワ等に適用できるターボ型回転機器に関する。 The present invention relates to a turbo rotating device applicable to, for example, a blower as an electric compressor for gas circulation in a gas laser oscillator device.
たとえばフロー型二酸化炭素ガスレーザ発振器装置の場合、炭酸ガスと他のガスの混合ガスを流しながら圧縮し、レーザ発振器に供給して共振させるようになっており、装置内にガス循環回路が構成されている。その循環回路の構成における一要素のブロワとしてターボ翼を高速で回転させてガスを圧縮し、レーザ発振器に供給するターボ型回転機器が使用されている。 For example, in the case of a flow type carbon dioxide gas laser oscillator device, it is compressed while flowing a mixed gas of carbon dioxide gas and other gas and supplied to the laser oscillator to resonate, and a gas circulation circuit is configured in the device. Yes. As a blower as one element in the configuration of the circulation circuit, a turbo rotating device that rotates a turbo blade at high speed to compress gas and supplies the gas to a laser oscillator is used.
この種のターボ型回転機器は、ハウジング内の上方にターボ翼が回転可能に配設され、
ガスを圧縮して排出する機構を設けるとともに、下方にはこのターボ翼を高速回転駆動させるモータが配設されている。そして、このモータの回転子とターボ翼ならびに回転軸等からなる回転体は、機械的な軸受で軸支され、オイルによる潤滑手段が併設されている。そのため、オイルミストが発生するが、このオイルミストがガス圧縮とともに排出されないよう真空ポンプで排気する方式が採用されている( 特許文献1 参照) 。
In this type of turbo rotating device, a turbo blade is rotatably disposed above a housing,
A mechanism for compressing and discharging the gas is provided, and a motor for rotating the turbo blade at a high speed is disposed below. The rotating body including the rotor of the motor, the turbo blade, the rotating shaft, and the like is pivotally supported by a mechanical bearing and is provided with lubricating means using oil. Therefore, although oil mist is generated, a method of exhausting with a vacuum pump is employed so that the oil mist is not discharged together with gas compression (see Patent Document 1).
このターボ型回転機器の構成は図6 に示すとおりである。図6 は概略的に示す縦断面図で、ハウジング1 の内方でその上方にターボ翼7 が回転可能に配設されるとともに下方にはこのターボ翼7 を高速回転駆動させるモータ2 が配設され、両者が回転軸4 にて連結されている。このモータ2 はハウジング1 の側に固設された電極コイル2 K と、この電極コイル2 K に対応して回転軸4 に固設された回転子2 M で構成され、電極コイル2 K にインバータ3 から電気エネルギーが供給される。
The configuration of this turbo rotating device is as shown in FIG. FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view showing a
回転軸4 は上方軸受5 と下方軸受6 を介してハウジング1 に対し、回転可能に保持されているが、この回転軸4 の上方に形成された取付軸4 S にターボ翼7 が固設されている。このモータ2 と回転子2 M および回転軸4 からなる回転体が、軸受機構を構成する上方軸受5 と下方軸受6 に保持されている。なお、この上方軸受5 と下方軸受6 はモータ室M 内に配設されている。
ターボ翼7 がモータ2 によって高速回転駆動されると、ガスは吸気口1 K から吸入され、圧縮されて排気口1 H より排出される。この吸気口1 K から排気口1 H までがガス圧縮室C を形成する。この排気口1 H からのガスは上記したようにガス循環回路( 図示せず)を経てレーザ発振器( 図示せず) に供給される。
The
When the
ところで、回転軸4 には図6 に示すとおり、軸心上に中空孔4 H が形成されているが、この中空孔4 H の下方部は内孔が上方拡がりのテーパ状をなし、この下方部位が潤滑用のオイルL 内に浸漬されている。したがって、中空孔4 H の下方域に侵入している潤滑用のオイルL は、回転軸4 の回転による遠心力の作用を受けて中空孔4 H の内方を上方に移動し、この作用で中空孔4 H はポンプ機能を生起する。こうして潤滑用のオイルL は順次上方へ送り出され、射出孔4 T より外方に放出されてモータ2 の冷却や上方軸受5 と下方軸受6 の潤滑を行なう。潤滑や冷却を終えた潤滑用のオイルL は再び下方のオイル槽1 Y に溜められ、再び吸い上げられて循環することになる。
Incidentally, as shown in FIG. 6, the
このように潤滑用のオイルL は、循環して上方軸受5 や下方軸受6 の潤滑を行なうが、この潤滑によって特にモータ室M 内には噴霧状のオイルL ( オイルミスト) が存在し浮遊することになる。モータ室M における噴霧状のオイルL の存在は、上方軸受5 と下方軸受6 等における潤滑を良好にするが、このオイルミストがガス圧縮室C に流入するとレーザ発振器などに流入し、レーザの発振機能を低下させる。
In this way, the lubricating oil L circulates to lubricate the upper bearing 5 and the
このことからガス圧縮室C とモータ室M とは、ハウジング1 ないしハウジング1 と一体の部材からなる隔壁部におけるシール部S で遮断されるようになっている。すなわち、ハウジング1 には上方軸受5 の上方位置において回転軸4 が非接触で貫通できる範囲の貫通部が穿設され、回転軸4 と協働してシール部S が形成されている。このシール部S はたとえば図示例に示すラビリンスシール等が適用される。このラビリンスシールによるシール部S は、回転軸4 と貫通部との間隙は通常数1 0 ミクロンに設定されている。ラビリンスシール以外にも、数1 0 ミクロンの微小な平行隙間に設定されたガスシールも採用されている。他方、モータ室M は排気パイプR を介して外設した真空ポンプ( 図示せず) にて真空に排気される。これは上記したように、モータ室M が潤滑用のオイルL のミストが充満しており、シール部S の小さい隙間からガス圧縮室C に漏洩するのを防止するためである。
Therefore, the gas compression chamber C and the motor chamber M are blocked by the
このように、特にレーザ発振器に利用されるターボ型回転機器においてはオイルL のミストの存在と対策が重要であるが、ミストの発生源であるオイルL の存在も無視できない。特に回転軸4 の射出孔4 T から放出されるオイルL が上方のシール部S に至るのをなるべくさける必要がある。そのため図6 に示すように、上方軸受5 を保持する方式とシール部S を構成するシール部8 が軸受保持部材9 の上面に載置されている。8 A はこのシール部8 を貫通する回転軸4 のために穿設された貫通孔であり、さらに9 H は軸受保持部材9の中央部に穿設された貫通孔である。
As described above, in the turbo type rotating device used for the laser oscillator, the presence of the oil L mist and the countermeasure are important, but the presence of the
また、シール部8 と軸受保持部材9 は図6 に示すボルト9 B を介してハウジング1 に固定されている。さらに強度の面からはつぎのような対策がとられている。まず、シール部S を構成する回転体側すなわち回転軸4 は高強度を有する鋼材等が採用され、他方の静止側すなわちシール部8 は高速回転時の接触により回転エネルギーが衝撃的に静止側に伝播し、二次災害となることを防止するべく軟らかい鉛材あるいはアルミ材などが採用されている。なお、上方軸受5 や下方軸受6 の劣化状況を観察するために、機器の振動を計測する振動計( モニタ) を設置する。あるいは定期的にオーバーホールを実施したりして故障を事前に抑制するようにしている。
このような構成からなるターボ型回転機器において、長期の使用あるいは高速回転での繰り返し使用により軸受等の劣化が進行する。特に頭部に大質量のターボ翼7 を有し、回転軸4 の支軸である上方軸受5 と下方軸受6 への負荷荷重は大きくなることで軸受の劣化は進行しやすい。この劣化が進むと回転軸4 の軸芯の振れが生じ始め、さらにその進行で回転軸4 の振れ回りが過大となると、シール部8 に衝突または摺接し削られることになる。この削りの進行でシール部S の隙間が次第に増大し、上記したシール機能が破壊されるとともに、回転機器の各部が破損、破砕して危険である。シール部S の破壊によってモータ室M とガス圧縮室C の差圧が低下し、オイルL が逆流することが懸念される。また、上方軸受5 が故障すると回転軸4 は下方軸受6 を中心とするみそ擦り運動を展開して下方軸受6 を続けて破壊し、回転軸4 は支持体を失って回転機器における他の部材に衝突し、たとえばターボ翼7 がハウジング1 への衝突等が想定され過剰な故障を誘発する可能性もある。
In the turbo rotating device having such a configuration, the deterioration of the bearing or the like progresses due to long-term use or repeated use at high speed. In particular, the head has a large-
本発明が第1 に提供するターボ型回転機器は、上記課題を解決するためにターボ翼を回転駆動する回転軸に対して、その外周面に近接して囲繞する内周面を有する環状体を回転機器における前記回転軸を包囲する固定部に設置したものである。したがって、軸受の劣化破壊等によって回転軸支持に異常が生じ回転軸が変動、傾動する際は、これを環状体が受けることとなり、環状体が破損、変形して回転軸の回転エネルギーを吸収する。
本発明が第2 に提供するターボ型回転機器は、環状体を軸受近傍に設置するものである。したがって回転機器の破壊を最小限にする。
In order to solve the above-described problem, a turbo rotating device provided by the present invention includes an annular body having an inner peripheral surface that is adjacent to and surrounds an outer peripheral surface of a rotary shaft that rotationally drives a turbo blade. It is installed in a fixed part surrounding the rotating shaft in the rotating device. Therefore, when an abnormality occurs in the support of the rotating shaft due to deterioration or destruction of the bearing and the rotating shaft fluctuates or tilts, the annular body receives this, and the annular body is damaged and deformed to absorb the rotational energy of the rotating shaft. .
The turbo type rotating device provided by the present invention secondly has an annular body installed in the vicinity of the bearing. Therefore, the destruction of rotating equipment is minimized.
さらに本発明が第3 に提供するターボ型回転機器は、環状体を回転軸の材質より軟質の材料で構成したものである。したがって回転軸が変動、傾動したとき、回転軸は環状体に接触し回転エネルギーを着実に吸収する。
さらに本発明が第4 に提供するターボ型回転機器は、ターボ翼の回転によるガス圧縮室側と、ターボ翼を回転駆動する側のモータ室とを仕切る隔壁部を回転軸が貫通する貫通部に、回転軸の外周面に近接して囲繞する内周面を有する環状体を設けたものである。したがって回転軸が変動、傾動したとき、回転軸は環状体に接触し融着する。
さらに本発明が第5 に提供するターボ型回転機器は、前記第3 に提供する環状体について、その中心軸芯を回転軸の中心から偏倚させたものである。したがって環状体に回転軸が衝突したとき回転軸が拘束される。
さらに本発明が第6 に提供するターボ型回転機器は、前記第4 に提供する環状体の材質を回転軸の材質より軟質としたものである。したがって回転軸が衝突したときその拘束と融着が確実となる。
Furthermore, a third aspect of the present invention provides a turbo rotating device in which an annular body is made of a material softer than the material of the rotating shaft. Therefore, when the rotating shaft fluctuates or tilts, the rotating shaft contacts the annular body and absorbs rotational energy steadily.
Furthermore, a fourth aspect of the present invention provides a turbo type rotating device having a penetrating portion through which a rotating shaft penetrates a partition wall partitioning a gas compression chamber side by rotation of a turbo blade and a motor chamber on a side for rotationally driving the turbo blade. An annular body having an inner peripheral surface that is adjacent to and surrounds the outer peripheral surface of the rotating shaft is provided. Therefore, when the rotation shaft fluctuates or tilts, the rotation shaft contacts and fuses with the annular body.
Furthermore, a fifth aspect of the present invention provides a turbo-type rotating device in which the center axis of the annular body provided in the third aspect is deviated from the center of the rotating shaft. Therefore, when the rotating shaft collides with the annular body, the rotating shaft is restrained.
Furthermore, the sixth aspect of the present invention provides a turbo rotating device in which the material of the annular member provided in the fourth aspect is softer than the material of the rotating shaft. Therefore, when the rotating shaft collides, the restraint and fusion are ensured.
軸受等の劣化等によって回転軸の軸芯の振れが大きくなったとき、あるいは軸受が破壊したときにおける回転軸が変動、傾動が発生するとこれを環状体が受けて回転軸の回転エネルギーを吸収し、あるいは環状体自体が変形され、あるいは破損されて回転軸の回転エネルギーを吸収する。しかも環状体は回転機器において回転軸を包囲する固定部に設置されているので、衝撃の吸収は回転機器全体で行われ効果的である。したがって回転機器の過剰故障を防止できる。特に隔壁部に環状体を設置することによって隔壁部の破壊を防止できる。 When the runout of the axis of the rotating shaft increases due to deterioration of the bearing, etc., or when the rotating shaft fluctuates or tilts when the bearing breaks, the annular body receives this and absorbs the rotational energy of the rotating shaft. Alternatively, the annular body itself is deformed or damaged to absorb the rotational energy of the rotating shaft. In addition, since the annular body is installed in a fixed portion that surrounds the rotating shaft in the rotating device, impact absorption is effectively performed by the entire rotating device. Accordingly, it is possible to prevent excessive failure of the rotating device. In particular, the partition wall can be prevented from being broken by installing an annular body on the partition wall.
本発明の特徴は、ターボ翼を回転駆動する回転の外周面に対して近接して囲繞する内周面を有する環状体を回転機器の固定部に設けた点にある。この環状体の設置は、可能な限り回転軸の軸受部近傍であることが望ましい。これらの諸条件を満足するものが最良の形態である。
〔参考例1 〕
A feature of the present invention resides in that an annular body having an inner peripheral surface adjacent to and surrounded by an outer peripheral surface of rotation for rotationally driving the turbo blade is provided in a fixed portion of the rotating device. The annular body is preferably installed in the vicinity of the bearing portion of the rotating shaft as much as possible. Those satisfying these conditions are the best mode.
[Reference Example 1]
本参考例は図1 に示される。図1 は図6 と同様ターボ型回転機器の縦断面を示す図で、ターボ翼7 を回転駆動する回転軸4 に対して、下方軸受6 の近傍における回転機器の固定部1 F に環状体1 0 が設置されている。この固定部1 F は回転機器において回転軸4 を包囲する固定部でしかも回転軸4 に近接する位置まで展延されている。
すなわち、図1 に示すように、ターボ翼7 を回転駆動するための回転軸4 は上方軸受5と下方軸受6 に支承されているが、この下方軸受6 を保持する固定部1 F に断面M 字形の環状体1 0 が、回転軸4 を嵌挿した形で設置されている。環状体1 0 はたとえば銅系材料で構成され、断面形状はM 字形で中心部に回転軸4 が貫通する孔1 0 H が穿設されている。基部は開放円筒形で、ハウジング1 の一部である固定部1 F に冠着固定されている。孔1 0 H は回転軸4 が貫通できる最小径の大きさで、すなわち回転軸4 の外周面に近接して囲繞する内周面を有する内孔が環状体1 0 に形成され、回転軸4 と環状体1 0 はすきまばめの関係を有している。
上述したとおり環状体1 0 の上方はすりばち状をなし、すりばちの内方端が回転軸4 の外周に近接対向しているのである。なお図1 において、図6 に示される符号と同一の符号で示される部品は図6 の部品と同一であり、詳細な説明は省略する。
したがって、以上の構成において下方軸受6 が長時間の使用によって劣化し変形ないし破壊が生じた場合、回転軸4 は回転しつつも揺動し、変動ないし傾動する。そして、即環状体1 0 の内周面に衝突し、あるいは接触する。すると環状体1 0 は回転軸4 に対して軟質であるから摺接しつつ融着して回転エネルギーが環状体1 0 に吸収されることになる。図示例の場合、環状体1 0 は上部が重量形に形成されているため破壊されると下方に喰い込み回転軸4 の回転を制動させる機能も有する。したがって回転機器の過剰破壊が防止される。この環状体1 0 をより大径化しハウジング1 の内孔に接触するよう挿設させることもできる。
〔参考例2 〕
This reference example is shown in FIG. FIG. 1 is a view showing a longitudinal section of a turbo type rotary device similar to FIG. 6, and an
That is, as shown in FIG. 1, the
As described above, the upper portion of the
Therefore, in the above configuration, when the
[Reference Example 2]
この参考例は図2 に示される。この図2 も図1 と同様、ターボ型回転機器の縦断面図を示すもので、図6 に示される符号と同一の符号で示される部品は図6 の部品と同一であり、詳細な説明は省略する。この図2 に示す第2 の参考例は、上方軸受5 を保持する軸受保持部材9 が回転機器の固定部で回転軸4 を包囲する固定部1 C に設置されているが、この固定部1 C に環状体1 1 が設置された例を示している。環状体1 1 は皿状をなし、ハウジング1 の棚部に載架され、その内孔1 1 H の内周面が回転軸4 の外周面に近接して囲繞しており、すきまばめの関係にある。この環状体1 1 の材質も回転軸4 の材質より軟質で構成されている。
本参考例によれば上方軸受5 が劣化によって変形あるいは破損変形したとき、回転軸4 は変動、傾動して環状体1 1 に接触し、さらには摺接することになる。この接触、摺接等によって回転軸4 の有するエネルギーは環状体1 1 に融着して吸収されることになる。回転機器の過剰破壊が未然に阻止される。
This reference example is shown in FIG. 2 also shows a longitudinal sectional view of the turbo rotating device, as in FIG. 1. Parts indicated by the same reference numerals as those shown in FIG. 6 are the same as those shown in FIG. Omitted. In the second reference example shown in FIG. 2, the
According to this reference example, when the
以上、第1 、第2 の参考例を詳述したが、これらは両軸受5 、6 の近傍に環状体1 0 、1 1 を設置するという点で共通している。この特徴をさらに発展された参考例としては、上方、下方の両軸受5 、6 にそれぞれ環状体1 0 、1 1 を併設する例を挙げることもできる。この場合は、回転軸4 の回転エネルギーの吸収はそれぞれが半分程度分担することとなり、災害をより小規模の状態で抑えることが可能となる。
〔実施例1 〕
The first and second reference examples have been described above in detail, but they are common in that the
[Example 1]
本実施例は図3 に示される。図3 は図1 ならびに図2 と同様ターボ型回転機器の縦断面を示す図である。図3 に示す本実施例においては環状体1 2 がシール部8 の固定部あるいは固定部の一部をなす例である。この環状体1 2 の場合も回転軸4 とはすきまばめの関係に構成される。しかも環状体1 2 と回転軸4 との関係は図4 に示すとおり偏倚した状態にて設置されている。環状体1 2 とシール部8 との関係を詳述すると、環状体1 2 とシール部8 との接合部はモータ室M とガス圧縮室C との間のガスの通過を防ぐよう構成されすきまシール機能を有する。他方環状体1 2 に回転軸4 が衝突し過剰な回転力が加わって摺接しはじめると、両者の結合が解かれるように構成されている。そして前述したとおり、環状体1 2 の中心は回転軸4 の中心に対して偏倚しているので、環状体1 2 とシール部8 との間で摺動したとき、摺動磨耗により回転軸4 とシール部8 間における圧入部で隙間が生じるよう回転エネルギーが吸収され、さらに上記のとおり偏倚していることによって環状体1 2 とシール部8 との間で拘束が残存する。なお図3 、図4 における図6 と同一の符号で示される部品は図6 の部品と同一であり、詳細な説明は省略する。
〔実施例2 〕
This embodiment is shown in FIG. FIG. 3 is a view showing a longitudinal section of a turbo rotating device, similar to FIGS. 1 and 2. In the present embodiment shown in FIG. 3, the
[Example 2]
本実施例は図5 に示される。この実施例の特徴は、上記ブッシングの形式の環状体1 3がさらに局所的に欠け部K を有し、全体としてはアンバランス( 不均衡) な形状をなしている例である。このアンバランスによって回転軸4 の接触でアンバランス状態が更に悪化し顕著になることで回転機器における回転体( 回転軸4 やターボ翼7 など) の回転を不能にすることができる。この実施例においても、環状体1 3 の材質を回転軸4 の材質より軟質の材料で構成することで、回転軸4 の環状体1 3 への融着が確実になる。なお図5 における図6 と同一の符号で示される部品は図6 の部品と同一であり、詳細な説明は省略する。
〔実施例3 〕
This embodiment is shown in FIG. The feature of this embodiment is an example in which the
[Example 3]
本発明が提供するターボ型回転機器の第3 の実施例としては、図示していないが、上記に説明した各実施例において、接触あるいは衝突を受ける環状体、具体的には図1 の環状体1 0 、図2 の環状体1 1 、図3 の環状体1 2 そして図4 の環状体1 3 が回転機器において回転軸4 を包囲する隔壁部である固定部に設置する構成において、回転体に接触した際に環状体1 0 〜 1 3 に加わる回転エネルギーを保持部への伝播を防止するため、両部材間のはめあいを圧入するか、あるいは両部材間をネジ止め締結などにより固定する構成とする。回転体が接触あるいは衝突により、環状体1 0 〜 1 3 に回転エネルギーが加わった際にはそれぞれの構成において、はめあい部の摺動、あるいはネジ締結部でのネジに曲げ・せん断にエネルギーが使われることで、ハウジング1 に過剰なエネルギーが加わることを防止できる。
As a third embodiment of the turbo rotating device provided by the present invention, although not shown in the drawings, in each of the embodiments described above, an annular body that receives contact or collision, specifically, the annular body of FIG. 2, the
本発明が提供するターボ型回転機器の特徴は以上詳述したとおりであるが、上記ならびにいくつかの図示例に限定されず、種々の変形実施例を包含する。本発明は回転軸4 が変動、傾動して接触、衝突を受ける環状体1 0 〜 1 3 を回転機器において回転軸4 を包囲する固定部に設置する点にあるが、図示例のようにハウジング1 と別体のものに限定されず、ハウジング1 と一体的に形成された環状体で構成することができる。あるいはハウジング1 の一部分を回転軸4 に対して外方より周囲から囲繞する形で展延する固定部を形成させ、固定部に環状体を固設するか、あるいは固定部を環状体として構成することもできる。環状体の材質としては鉛材以外アルミニウム材、アルミニウム合金材を利用することもできる。また、シール部8 に環状体を設置する実施例の場合、環状体の内周面にラビリンス形シール手段を設けるようにすることもできる。
なお、本発明が提供するターボ型回転機器は、気体レーザ発振器装置におけるガス循環用のブロア等に適用できるのみならず、単なる通常の真空排気用ポンプとしても適用可能である。
The features of the turbo rotating device provided by the present invention are as described in detail above, but are not limited to the above and some illustrated examples, and include various modified embodiments. The present invention resides in that the annular bodies 10 to 13 that are subject to contact and collision when the
The turbo rotating device provided by the present invention can be applied not only to a gas circulation blower in a gas laser oscillator device, but also to a simple vacuum pump.
1 ハウジング
1 C 固定部
1 F 固定部
1 K 吸気口
1 H 排気口
1 Y オイル槽
2 モータ
2 K 電極コイル
2 M 回転子
3 インバータ
4 回転軸
4 H 中空孔
4 S 取付軸
4 T 射出孔
5 上方軸受
6 下方軸受
7 ターボ翼
8 シール部
8 A 貫通孔
9 軸受保持部材
9 B ボルト
9 H 貫通孔
1 0 環状体
1 0 H 孔
1 1 環状体
1 1 H 内孔
1 2 環状体
1 3 環状体
K 欠け部
C ガス圧縮室
L オイル
M モータ室
S シール部
R 排気パイプ
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