JP4981557B2 - Turbo compressor and turbo refrigerator - Google Patents

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Description

本発明は、羽根車が設けられる回転軸を支持する軸受の冷却機構を改善し、さらなる高速化、小型化を可能としたターボ圧縮機およびそれを用いたターボ冷凍機に関するものである。   The present invention relates to a turbo compressor that improves a cooling mechanism of a bearing that supports a rotating shaft on which an impeller is provided, and can be further increased in speed and size, and a turbo refrigerator using the turbo compressor.

ターボ冷凍機に適用されるターボ圧縮機では、高性能化はもちろんのこと、圧縮機自体を小型化することによる低コスト化のニーズは依然として高い。ターボ圧縮機を小型化するには、羽根車をより高速回転させる必要があり、そのためには、羽根車が設けられる回転軸を支持する軸受の改善が不可欠である。ターボ圧縮機では、回転軸を支持する軸受として、油膜により軸を支え回転支持できる滑り軸受や、玉あるいはコロの転がりを利用する転がり軸受が用いられるが、回転が高速化されるにつれ、軸受での機械損失が増大するため、冷凍機の性能を低下させてしまうという問題がある。   In a turbo compressor applied to a turbo refrigerator, there is still a high need for cost reduction by downsizing the compressor itself as well as high performance. In order to reduce the size of the turbo compressor, it is necessary to rotate the impeller at a higher speed. For this purpose, it is indispensable to improve the bearing that supports the rotating shaft provided with the impeller. In turbo compressors, sliding bearings that support and support the shaft with an oil film and rolling bearings that use rolling balls or rollers are used as bearings that support the rotating shaft. This increases the mechanical loss of the chiller, causing a problem of reducing the performance of the refrigerator.

一般に、回転軸系においては、高荷重の場合は滑り軸受、中低荷重の場合は転がり軸受が用いられるが、軸の支持剛性や荷重条件等を許容範囲内にできるのであれば、滑り軸受よりも機械損失の小さい転がり軸受を用いる方が望ましく、ターボ圧縮機でも、高速化のため、羽根車が設けられる回転軸の軸受として、機械損失のより小さい転がり軸受が使用されるようになっている(例えば、特許文献1参照)。   In general, in a rotating shaft system, a sliding bearing is used for a high load, and a rolling bearing is used for a medium to low load. However, if the shaft support rigidity and load conditions can be within an allowable range, a sliding bearing can be used. However, it is preferable to use a rolling bearing with a small mechanical loss. Even in a turbo compressor, a rolling bearing with a smaller mechanical loss is used as a bearing for a rotating shaft provided with an impeller for speeding up. (For example, refer to Patent Document 1).

また、高速回転や高荷重条件下では、回転軸を支持する軸受の冷却および潤滑は不可避となる。軸受に給油される潤滑油の機能は、軸受の玉またはコロと内輪および外輪との間に油膜を形成、確保する潤滑機能と、発生する熱を油により除去する冷却機能との2つである。上記特許文献1には、転がり軸受が設けられる軸受箱内に潤滑油または液冷媒を供給し、転がり軸受を油または冷媒によって潤滑および冷却するようにしたものが示されている。また、特許文献2には、冷凍サイクルの凝縮器出口から液冷媒を抽出してターボ圧縮機に導入し、軸受および駆動モータを冷却するようにしたものが示されている。   Also, under high-speed rotation and high load conditions, cooling and lubrication of the bearing that supports the rotating shaft is inevitable. The lubricating oil supplied to the bearing has two functions: a lubricating function that forms and secures an oil film between the ball or roller of the bearing and the inner and outer rings, and a cooling function that removes generated heat by the oil. . Patent Document 1 discloses a configuration in which lubricating oil or liquid refrigerant is supplied into a bearing box in which a rolling bearing is provided, and the rolling bearing is lubricated and cooled with oil or refrigerant. Patent Document 2 discloses a liquid refrigerant extracted from a condenser outlet of a refrigeration cycle and introduced into a turbo compressor to cool a bearing and a drive motor.

特開2000−291587号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-291587 特開2006−194579号公報JP 2006-194579 A

羽根車を回転軸を介して高速回転するターボ圧縮機では、軸受の冷却および潤滑が高速化のポイントであり、軸受に供給する潤滑油をノズル孔から軸受にジェット給油するジェット潤滑やミスト潤滑等様々な工夫がなされている。一方、軸受の機械損失には、玉やコロが転がることによる損失と、潤滑油が撹拌されることによる損失とがあり、撹拌損失を低減するには、ジェット潤滑やミスト潤滑等の適用に際して、給油量を最小量に抑える必要がある。しかし、単に油量を減少すると、発生する熱を潤滑油により十分に除去し切れなくなるため、軸受温度が上昇し、油の局所的な粘度低下に伴う油膜切れが生じ、軸受において玉やコロと内輪または外輪とのメタルタッチの原因となり、フレーキング等の損傷に至る場合がある。   In a turbo compressor that rotates an impeller at high speed via a rotating shaft, the cooling and lubrication of the bearing is the point of speeding up. Various ideas have been made. On the other hand, the mechanical loss of the bearing includes a loss due to rolling of balls and rollers and a loss due to stirring of the lubricating oil. To reduce the stirring loss, the application of jet lubrication, mist lubrication, etc. It is necessary to keep the amount of oil supply to a minimum. However, if the amount of oil is simply reduced, the generated heat cannot be sufficiently removed by the lubricating oil, so the bearing temperature rises and the oil film breaks due to a local decrease in the viscosity of the oil. It may cause a metal touch with the inner ring or the outer ring, resulting in damage such as flaking.

軸受に給油される潤滑油の上記2機能において、油膜を確保するための最小潤滑油量Aと、冷却のための最小潤滑油量Bとの関係は、一般にA<<Bであるため、冷却用の油量を抑えて撹拌損失を低減するには、別の手段で軸受を冷却する必要が生じる。上記特許文献1,2には、冷凍サイクルから抽出した冷媒を用いて軸受を冷却および潤滑することが開示されている。しかし、これらは、冷媒により軸受を冷却および潤滑することを示しているにすぎず、軸受における冷却媒体の撹拌損失を含む機械損失を低減するための構成を開示するものではない。従って、このような冷却および潤滑構成では、軸受の機械損失を十分に低減することはできず、ターボ圧縮機の更なる高速化、小型化は困難である。   In the above two functions of the lubricating oil supplied to the bearing, the relationship between the minimum lubricating oil amount A for securing an oil film and the minimum lubricating oil amount B for cooling is generally A << B. In order to reduce the amount of oil used and reduce the stirring loss, it is necessary to cool the bearing by another means. Patent Documents 1 and 2 disclose cooling and lubricating a bearing using a refrigerant extracted from a refrigeration cycle. However, these merely show that the bearing is cooled and lubricated by the refrigerant, and does not disclose a configuration for reducing the mechanical loss including the stirring loss of the cooling medium in the bearing. Therefore, with such a cooling and lubrication configuration, the mechanical loss of the bearing cannot be sufficiently reduced, and it is difficult to further increase the speed and size of the turbo compressor.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、羽根車が設けられる回転軸を支持する軸受の冷却機構を改善し、軸受の機械損失を低減することによって、更なる高速化、小型化を図ることができるターボ圧縮機およびターボ冷凍機を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and further increases the speed by improving the cooling mechanism of the bearing that supports the rotating shaft provided with the impeller and reducing the mechanical loss of the bearing. An object of the present invention is to provide a turbo compressor and a turbo refrigerator that can be miniaturized.

上記課題を解決するために、本発明のターボ圧縮機およびターボ冷凍機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるターボ圧縮機は、ハウジングに軸受を介して回転自在に支持され、駆動源により回転される回転軸の少なくとも一端に羽根車が設けられるターボ圧縮機において、前記回転軸には、その軸内部にターボ冷凍機の冷凍サイクルから抽出される冷媒を冷却媒体とし、前記回転軸の少なくとも前記軸受による支持部近辺を冷却する回転軸冷却機構が設けられることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the turbo compressor and the turbo refrigerator of the present invention employ the following means.
That is, a turbo compressor according to the present invention is a turbo compressor that is rotatably supported by a housing via a bearing and is provided with an impeller at least at one end of a rotating shaft that is rotated by a driving source. The rotary shaft cooling mechanism for cooling at least the vicinity of the support portion of the rotary shaft by the bearing is provided inside the shaft using the refrigerant extracted from the refrigeration cycle of the turbo refrigerator as a cooling medium.

ターボ圧縮機においては、高性能化のほかに、高速化、小型化のニーズが高い。ターボ圧縮機を高速化、小型化するには、羽根車を駆動する回転軸系における機械損失の低減が1つの課題となる。そこで、回転軸を支持する軸受に機械損失の比較的少ない転がり軸受が使用されている。しかし、機械損失の低減は、軸受を転がり軸受に変更するだけでは不十分であり、軸受に供給される潤滑油を撹拌することにより発生する撹拌損失も無視できない。潤滑油の撹拌損失を低減するには、給油量を少なくすればよいが、単に給油量を減少すると、高速回転時に発生する熱を除去できなくなり、軸受温度が上昇するため、潤滑油の粘度低下により油膜切れが生じ、潤滑不良によって損傷に至るおそれがある。
本発明によれば、冷凍サイクルから抽出される冷媒を冷却媒体とする回転軸冷却機構により、軸内部から冷却される回転軸を介して軸受を内輪側から冷却することができる。このように、軸受を回転軸側から冷却することにより、軸受に多量の潤滑油を給油して熱を取り去る必要がなくなり、軸受に対する給油量を潤滑に必要な最小油量に抑えることができる。これによって、軸受における潤滑油の撹拌損失を低減することができる。また、軸受を内輪側から冷却するため、軸受内部で最も温度が高くなる玉やコロの温度に対して内輪を冷却しその温度を低く保つことが可能となり、軸受内部の隙間を理想的に保つことができる。これにより、軸受の熱膨張を抑制し、玉やコロにかかる荷重を低減して機械損失を低減することができる。従って、ターボ圧縮機の更なる高速化、小型化を図り、コスト低減と小型高性能化を実現することができる。
In turbo compressors, in addition to high performance, there is a great need for higher speed and smaller size. In order to increase the speed and size of the turbo compressor, one problem is to reduce the mechanical loss in the rotating shaft system that drives the impeller. Therefore, a rolling bearing with relatively little mechanical loss is used for the bearing that supports the rotating shaft. However, it is not sufficient to reduce the mechanical loss simply by changing the bearing to a rolling bearing, and the agitation loss generated by agitating the lubricating oil supplied to the bearing cannot be ignored. To reduce the agitation loss of the lubricating oil, it is sufficient to reduce the amount of oil supply. However, simply reducing the oil supply amount makes it impossible to remove the heat generated during high-speed rotation and increases the bearing temperature, resulting in a decrease in the viscosity of the lubricating oil. Occurrence of oil film breakage may cause damage due to poor lubrication.
According to the present invention, the bearing can be cooled from the inner ring side via the rotating shaft cooled from the inside of the shaft by the rotating shaft cooling mechanism using the refrigerant extracted from the refrigeration cycle as the cooling medium. In this way, by cooling the bearing from the rotating shaft side, it is not necessary to supply a large amount of lubricating oil to the bearing to remove heat, and the amount of oil supplied to the bearing can be suppressed to the minimum amount of oil necessary for lubrication. Thereby, the stirring loss of the lubricating oil in the bearing can be reduced. In addition, since the bearing is cooled from the inner ring side, it is possible to cool the inner ring against the temperature of the ball or roller that has the highest temperature inside the bearing and keep the temperature low, and ideally maintain the clearance inside the bearing. be able to. Thereby, the thermal expansion of a bearing can be suppressed, the load concerning a ball | bowl and a roller can be reduced, and a mechanical loss can be reduced. Therefore, the turbo compressor can be further increased in speed and reduced in size, and cost reduction and downsizing and high performance can be realized.

さらに、本発明のターボ圧縮機は、上記のターボ圧縮機において、前記回転軸冷却機構は、前記回転軸の軸中心に軸線方向に沿って穿設され、前記冷媒が流通される冷媒通路を備えることを特徴とする。   Furthermore, the turbo compressor of the present invention is the above-described turbo compressor, wherein the rotary shaft cooling mechanism includes a refrigerant passage that is drilled along the axial direction in the axial center of the rotary shaft and through which the refrigerant flows. It is characterized by that.

本発明によれば、回転軸の軸中心に軸線方向に沿って穿設される冷媒通路に冷媒を流通させ、軸側から吸熱して冷媒を蒸発させることにより回転軸を冷却し、この回転軸を介して軸受を内輪側から冷却することができる。従って、回転軸冷却機構により冷媒の相変化を利用して回転軸ならびに軸受を効率よく冷却し、軸受が熱膨張することにより発生する荷重による機械損失を低減することができると同時に、軸受に対する給油量を潤滑に必要な最小の潤滑油量に抑えることができる。   According to the present invention, the refrigerant is circulated through the refrigerant passage formed along the axial direction in the axial center of the rotating shaft, and the rotating shaft is cooled by absorbing heat from the shaft side and evaporating the refrigerant. Thus, the bearing can be cooled from the inner ring side. Therefore, the rotating shaft cooling mechanism efficiently cools the rotating shaft and the bearing by using the phase change of the refrigerant, and the mechanical loss due to the load generated by the thermal expansion of the bearing can be reduced. The amount can be reduced to the minimum amount of lubricating oil required for lubrication.

さらに、本発明のターボ圧縮機は、上記のターボ圧縮機において、前記冷媒通路は、前記回転軸の一端側から他端側に貫通して設けられ、前記冷媒通路内で蒸発された冷媒が、前記回転軸の羽根車側端部から圧縮機の冷媒吸い込み流路内に流出されることを特徴とする。   Furthermore, the turbo compressor of the present invention is the above turbo compressor, wherein the refrigerant passage is provided to penetrate from one end side to the other end side of the rotating shaft, and the refrigerant evaporated in the refrigerant passage is, The rotary shaft flows out from the impeller side end of the rotary shaft into the refrigerant suction passage of the compressor.

本発明によれば、冷媒通路が回転軸の一端側から他端側に貫通して設けられるので、冷凍サイクルから回転軸冷却機構に導かれ、冷媒通路内を流通する間に蒸発して回転軸を冷却した冷媒を、そのまま回転軸の羽根車側端部から圧縮機の冷媒吸い込み流路に流出させることができる。従って、回転軸冷却機構およびその冷媒流通経路ならびに回転軸を簡素に構成することができる。   According to the present invention, since the refrigerant passage is provided penetrating from one end side to the other end side of the rotating shaft, the refrigerant shaft is led from the refrigeration cycle to the rotating shaft cooling mechanism and is evaporated while flowing in the refrigerant passage. The refrigerant that has been cooled can be directly discharged from the end of the rotating shaft on the impeller side to the refrigerant suction passage of the compressor. Therefore, it is possible to simply configure the rotating shaft cooling mechanism, the refrigerant flow path, and the rotating shaft.

さらに、本発明のターボ圧縮機は、上記のターボ圧縮機において、前記冷媒通路は、前記回転軸の一端側から他端側に向けて穿設されるとともに、前記羽根車が設けられる位置の手前で前記ハウジング内の排油空間に連通され、前記冷媒通路内で蒸発された冷媒が、前記排油空間に流出された後、均圧通路を経て圧縮機の冷媒吸い込み流路に導かれることを特徴とする。   Furthermore, the turbo compressor of the present invention is the turbo compressor described above, wherein the refrigerant passage is drilled from one end side to the other end side of the rotating shaft and before the position where the impeller is provided. The refrigerant that is communicated with the oil exhaust space in the housing and evaporated in the refrigerant passage flows out into the oil exhaust space, and then is guided to the refrigerant suction passage of the compressor through the pressure equalizing passage. Features.

本発明によれば、冷媒通路が回転軸の一端側から他端側に向けて穿設されるとともに、羽根車が設けられる位置の手前でハウジング内の排油空間に連通されるので、冷凍サイクルから回転軸冷却機構に導かれ、冷媒通路内を流通する間に蒸発して回転軸を冷却した冷媒を、ハウジング内の排油空間に流出された後、均圧通路を経て圧縮機の冷媒吸い込み流路に導くことができる。従って、冷媒通路内で冷媒が蒸発し切れなかった場合でもその液分を排油空間内で分離し、ガス冷媒のみを圧縮機の冷媒吸い込み流路に導くことができるため、液圧縮を確実に防止することができる。   According to the present invention, the refrigerant passage is drilled from one end side to the other end side of the rotating shaft and communicates with the oil drain space in the housing before the position where the impeller is provided. The refrigerant, which has been led to the rotating shaft cooling mechanism and evaporated while flowing in the refrigerant passage to cool the rotating shaft, flows out into the oil drain space in the housing, and then sucks the refrigerant in the compressor through the pressure equalizing passage. It can be led to the flow path. Therefore, even when the refrigerant does not evaporate completely in the refrigerant passage, the liquid component can be separated in the oil discharge space, and only the gas refrigerant can be guided to the refrigerant suction passage of the compressor. Can be prevented.

さらに、本発明のターボ圧縮機は、上述のいずれかのターボ圧縮機において、前記冷媒通路の入口部には、冷凍サイクルから導かれた冷媒を低温低圧冷媒に減圧する固定絞りが設けられ、該固定絞りにより減圧された冷媒が前記冷媒通路に導入されることを特徴とする。   Furthermore, in any one of the above-described turbo compressors, the turbo compressor of the present invention is provided with a fixed throttle for reducing the refrigerant introduced from the refrigeration cycle to a low-temperature low-pressure refrigerant at the inlet of the refrigerant passage, The refrigerant depressurized by a fixed throttle is introduced into the refrigerant passage.

本発明によれば、冷媒通路の入口部に固定絞りが設けられ、冷凍サイクルから導かれた冷媒が固定絞りによって確実に低温低圧冷媒に減圧されて冷媒通路に導入される。このため、冷媒通路に導入された冷媒は直ちに軸側から吸熱して蒸発し、回転軸を冷却する。従って、冷媒の蒸発潜熱により回転軸を効率よく冷却し、その回転軸を介して軸受を内輪側から効率よく冷却することができる。   According to the present invention, the fixed throttle is provided at the inlet of the refrigerant passage, and the refrigerant guided from the refrigeration cycle is reliably reduced in pressure to the low-temperature and low-pressure refrigerant by the fixed throttle and introduced into the refrigerant passage. For this reason, the refrigerant introduced into the refrigerant passage immediately absorbs heat from the shaft side and evaporates to cool the rotating shaft. Therefore, the rotating shaft can be efficiently cooled by the latent heat of vaporization of the refrigerant, and the bearing can be efficiently cooled from the inner ring side via the rotating shaft.

さらに、本発明のターボ圧縮機は、上述のいずれかのターボ圧縮機において、前記回転軸冷却機構は、前記冷凍サイクルから抽出される冷媒を前記回転軸の冷媒通路に導く冷媒導入系路を備え、該冷媒導入系路には、冷媒流量を調整する流量調整弁が設けられることを特徴とする。   Furthermore, in the turbo compressor according to the present invention, in any one of the above-described turbo compressors, the rotary shaft cooling mechanism includes a refrigerant introduction system that guides the refrigerant extracted from the refrigeration cycle to the refrigerant passage of the rotary shaft. The refrigerant introduction system path is provided with a flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the refrigerant.

本発明によれば、冷凍サイクルから抽出される冷媒を回転軸の冷媒通路に導く冷媒導入系路に冷媒流量を調整する流量調整弁が設けられるので、回転軸冷却機構に導入される冷媒流量を流量調整弁により運転状況に応じて適正に調整することができる。従って、常に適正量の冷媒を回転軸の冷媒通路に導入することができ、安定した冷却効果を得ることができる。   According to the present invention, the flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the refrigerant is provided in the refrigerant introduction system path that guides the refrigerant extracted from the refrigeration cycle to the refrigerant passage of the rotation shaft. The flow rate adjustment valve can be adjusted appropriately according to the operating conditions. Therefore, an appropriate amount of refrigerant can always be introduced into the refrigerant passage of the rotating shaft, and a stable cooling effect can be obtained.

さらに、本発明のターボ圧縮機は、上記のターボ圧縮機において、前記流量制御弁は、前記回転軸を冷却して蒸発した冷媒が前記圧縮機の冷媒吸い込み流路に戻され、前記圧縮機への吸い込み冷媒と合流する付近における冷媒温度が圧力飽和温度以上となるように制御されることを特徴とする。   Further, in the turbo compressor according to the present invention, in the above turbo compressor, the flow rate control valve causes the refrigerant evaporated by cooling the rotating shaft to be returned to the refrigerant suction passage of the compressor, and then to the compressor. The refrigerant temperature in the vicinity where it merges with the suction refrigerant is controlled to be equal to or higher than the pressure saturation temperature.

本発明によれば、冷媒導入系路に設けられる流量制御弁が、回転軸の冷却に供された冷媒が圧縮機の冷媒吸い込み流路に戻され、吸い込み冷媒と合流する付近の冷媒温度が圧力飽和温度以上となるように制御されるので、回転軸冷却機構に導入される冷媒流量を液戻りが発生することのない適正量に調整することができる。従って、液圧縮を確実に防止することができる最大の回転軸冷却機構の冷却能力を可能とし、効率よく回転軸および軸受を冷却することができる。   According to the present invention, the flow rate control valve provided in the refrigerant introduction system is configured so that the refrigerant used for cooling the rotating shaft is returned to the refrigerant suction passage of the compressor, and the refrigerant temperature in the vicinity where the refrigerant merges with the suction refrigerant is pressurized. Since the temperature is controlled to be equal to or higher than the saturation temperature, the flow rate of the refrigerant introduced into the rotating shaft cooling mechanism can be adjusted to an appropriate amount that does not cause liquid return. Therefore, the maximum cooling capacity of the rotating shaft cooling mechanism capable of reliably preventing liquid compression is enabled, and the rotating shaft and the bearing can be efficiently cooled.

さらに、本発明のターボ圧縮機は、上述のいずれかのターボ圧縮機において、前記回転軸冷却機構は、前記回転軸の前記冷媒通路入口部に取り付けられ、前記回転軸と共に回転する前記固定絞りを有するノズルと、該ノズルの外周面をシール面とし、前記冷媒導入系路との間を非接触シールするシール部材とを有することを特徴とする。   Furthermore, the turbo compressor of the present invention is the turbo compressor according to any one of the above-described turbo compressors, wherein the rotating shaft cooling mechanism is attached to the refrigerant passage inlet of the rotating shaft, and the fixed throttle that rotates together with the rotating shaft. And a seal member that seals the outer peripheral surface of the nozzle as a seal surface and that does not contact the refrigerant introduction path.

本発明によれば、回転軸の冷媒通路入口部分に、回転軸と共に回転する固定絞りを有するノズルが取り付けられ、その外周面をシール面とし、冷媒導入系路との間を非接触シールするシール部材が設けられるので、回転軸に対して余計な抵抗を加えることなく、静止側の冷媒導入系路と回転する冷媒通路との間をシールすることができる。従って、動力損失をもたらすことなく、冷媒を確実に回転軸の冷媒通路内に導くことができる。   According to the present invention, a nozzle having a fixed throttle that rotates together with the rotation shaft is attached to the refrigerant passage inlet portion of the rotation shaft, the outer peripheral surface of the nozzle is used as a seal surface, and the seal that seals non-contact with the refrigerant introduction system path Since the member is provided, it is possible to seal between the stationary-side refrigerant introduction system path and the rotating refrigerant path without adding extra resistance to the rotating shaft. Therefore, the refrigerant can be reliably guided into the refrigerant passage of the rotating shaft without causing power loss.

さらに、本発明のターボ圧縮機は、上述のいずれかのターボ圧縮機において、前記軸受は、軸受箱を介して前記ハウジングに設置され、前記軸受箱には、前記軸受を冷却する軸受箱冷却機構が設けられることを特徴とする。   Furthermore, the turbo compressor of the present invention is the above-described turbo compressor, wherein the bearing is installed in the housing via a bearing box, and the bearing box has a bearing box cooling mechanism for cooling the bearing. Is provided.

本発明によれば、回転軸を支持する軸受が、軸受箱を介してハウジングに設置され、この軸受箱に軸受を冷却する軸受箱冷却機構が設けられるので、回転軸を支持する軸受を軸受箱冷却機構によって外輪側からも冷却することができる。これにより、軸受の冷却効果を一段と高め、軸受への給油量を最小潤滑油量とすることができるとともに、軸受における内外輪温度差を可及的に小さくすることができる。従って、軸受の機械損失を更に低減することができる。   According to the present invention, the bearing that supports the rotating shaft is installed in the housing via the bearing box, and the bearing box cooling mechanism that cools the bearing is provided in the bearing box. Cooling can also be performed from the outer ring side by the cooling mechanism. Thereby, the cooling effect of the bearing can be further enhanced, the amount of oil supplied to the bearing can be made the minimum amount of lubricating oil, and the temperature difference between the inner and outer rings of the bearing can be made as small as possible. Therefore, the mechanical loss of the bearing can be further reduced.

さらに、本発明のターボ圧縮機は、上記のターボ圧縮機において、前記軸受箱冷却機構は、ターボ冷凍機の冷凍サイクルから抽出される冷媒または潤滑用の冷却油を冷却媒体とすることを特徴とする。   Furthermore, the turbo compressor of the present invention is characterized in that, in the above turbo compressor, the bearing box cooling mechanism uses a refrigerant extracted from a refrigerating cycle of the turbo refrigerator or a cooling oil for lubrication as a cooling medium. To do.

本発明によれば、軸受箱冷却機構によりターボ冷凍機の冷凍サイクルから抽出される冷媒または潤滑に用いる冷却油を冷却媒体として軸受箱を冷却し、この軸受箱を介して軸受を外輪側からも効率よく冷却することができる。従って、軸受の冷却効果を一段と高め、軸受への給油量を最小潤滑油量とすることができるとともに、軸受における内外輪温度差を可及的に小さくすることができる。   According to the present invention, the bearing box is cooled by the bearing box cooling mechanism using the refrigerant extracted from the refrigeration cycle of the centrifugal chiller or the cooling oil used for lubrication as a cooling medium, and the bearing is also cooled from the outer ring side through the bearing box. It can be cooled efficiently. Accordingly, the cooling effect of the bearing can be further enhanced, the amount of oil supplied to the bearing can be made the minimum amount of lubricating oil, and the temperature difference between the inner and outer rings of the bearing can be made as small as possible.

さらに、本発明のターボ圧縮機は、上述のいずれかのターボ圧縮機において、前記冷媒は、前記冷凍サイクルを構成する凝縮器の液溜めから抽出されることを特徴とする。   Furthermore, the turbo compressor of the present invention is characterized in that, in any of the above turbo compressors, the refrigerant is extracted from a reservoir of a condenser constituting the refrigeration cycle.

本発明によれば、冷却媒体に用いる冷媒を、冷凍サイクルを構成する凝縮器の液溜めから抽出するので、冷凍サイクル中の高圧である凝縮圧力を利用して、凝縮器の液溜めから液冷媒を直接冷却機構に導入することができる。これによって、ターボ冷凍機自身の系内から凝縮された液冷媒を取り出し、軸受の冷却に有効に活用することができる。   According to the present invention, since the refrigerant used for the cooling medium is extracted from the liquid reservoir of the condenser constituting the refrigeration cycle, the liquid refrigerant is discharged from the liquid reservoir of the condenser using the condensation pressure that is a high pressure in the refrigeration cycle. Can be introduced directly into the cooling mechanism. Thereby, the condensed liquid refrigerant can be taken out from the system of the turbo refrigerator itself and can be effectively used for cooling the bearing.

さらに、本発明のターボ圧縮機は、上述のいずれかのターボ圧縮機において、前記冷媒は、前記冷凍サイクルを構成する液冷媒冷却用サブクーラの出口から抽出されることを特徴とする。   Furthermore, the turbo compressor of the present invention is characterized in that, in any of the above-described turbo compressors, the refrigerant is extracted from an outlet of a liquid refrigerant cooling subcooler constituting the refrigeration cycle.

本発明によれば、冷却媒体に用いる冷媒を、冷凍サイクルを構成する液冷媒冷却用サブクーラの出口から抽出するので、冷凍サイクル中の高圧である凝縮圧力に相当するサブクーラ出口圧力を利用して、サブクーラの出口から過冷却された液冷媒を直接冷却機構に導入することができる。これによって、ターボ冷凍機自身の系内から過冷却された液冷媒を取り出し、軸受の冷却に有効に活用することができる。   According to the present invention, since the refrigerant used for the cooling medium is extracted from the outlet of the liquid refrigerant cooling subcooler constituting the refrigeration cycle, the subcooler outlet pressure corresponding to the condensation pressure, which is the high pressure in the refrigeration cycle, is used. The liquid refrigerant supercooled from the outlet of the subcooler can be directly introduced into the cooling mechanism. As a result, the supercooled liquid refrigerant can be taken out from the system of the turbo refrigerator itself and can be effectively used for cooling the bearing.

さらに、本発明のターボ圧縮機は、上述のいずれかのターボ圧縮機において、前記冷媒は、前記冷凍サイクルを構成するエコノマイザの出口から抽出されることを特徴とする。   Furthermore, the turbo compressor of the present invention is characterized in that, in any of the above turbo compressors, the refrigerant is extracted from an outlet of an economizer constituting the refrigeration cycle.

本発明によれば、冷却媒体に用いる冷媒を、冷凍サイクルを構成するエコノマイザの出口から抽出するので、冷凍サイクル中の高圧である凝縮圧力または高圧と低圧との間の中間圧力を利用して、エコノマイザの出口から過冷却された液冷媒を直接冷却機構に導入することができる。これによって、ターボ冷凍機自身の系内から過冷却された液冷媒を取り出し、軸受の冷却に有効に活用することができる。なお、エコノマイザサイクルには、中間冷却器方式と、気液分離器方式とがあるが、特に中間冷却器方式は、自己膨張により冷媒の組成が変化する混合冷媒を使用するターボ冷凍機に用いて好適である。   According to the present invention, since the refrigerant used for the cooling medium is extracted from the outlet of the economizer constituting the refrigeration cycle, the condensing pressure that is the high pressure in the refrigeration cycle or the intermediate pressure between the high pressure and the low pressure is used. The liquid refrigerant supercooled from the outlet of the economizer can be directly introduced into the cooling mechanism. As a result, the supercooled liquid refrigerant can be taken out from the system of the turbo refrigerator itself and can be effectively used for cooling the bearing. The economizer cycle includes an intercooler system and a gas-liquid separator system, and the intercooler system is particularly used for turbo chillers that use a mixed refrigerant whose refrigerant composition changes due to self-expansion. Is preferred.

さらに、本発明のターボ圧縮機は、上述のいずれかのターボ圧縮機において、前記冷媒は、前記冷凍サイクルを構成する蒸発器の冷媒液溜めからポンプまたは高圧冷媒ガスを駆動源とするエダクタを介して抽出されることを特徴とする。   Furthermore, the turbo compressor according to the present invention is the turbo compressor according to any one of the above-described turbo compressors, wherein the refrigerant is supplied from a refrigerant liquid reservoir of an evaporator constituting the refrigeration cycle via a pump or an eductor using a high-pressure refrigerant gas as a drive source. Extracted.

本発明によれば、冷却媒体に用いる冷媒を、冷凍サイクルを構成する蒸発器の冷媒液溜めからポンプまたは高圧冷媒ガスを駆動源とするエダクタを介して抽出するので、蒸発器の冷媒液溜めから低温低圧の液冷媒をポンプまたはエダクタを介して圧送し、冷却機構に導入することができる。これによって、ターボ冷凍機自身の系内から低温低圧の液冷媒を取り出し、軸受の冷却に有効に活用することができる。   According to the present invention, the refrigerant used for the cooling medium is extracted from the refrigerant liquid reservoir of the evaporator constituting the refrigeration cycle through the pump or the eductor driven by the high-pressure refrigerant gas. A low-temperature and low-pressure liquid refrigerant can be pumped through a pump or an eductor and introduced into the cooling mechanism. As a result, the low-temperature and low-pressure liquid refrigerant can be taken out of the turbo refrigerator itself and can be effectively used for cooling the bearing.

さらに、本発明にかかるターボ冷凍機は、冷凍サイクルを構成するターボ圧縮機として、上述のいずれかのターボ圧縮機を備えたことを特徴とするターボ冷凍機。   Furthermore, the turbo refrigerator according to the present invention includes any one of the above-described turbo compressors as a turbo compressor constituting the refrigeration cycle.

本発明によれば、ターボ圧縮機として上記により高速化、小型化された高性能のターボ圧縮機を用いて冷凍サイクルを構成することができる。従って、小型高性能でかつ低コストのターボ冷凍機を提供することができる。   According to the present invention, a refrigeration cycle can be configured using a high-performance turbo compressor that has been speeded up and miniaturized as described above as a turbo compressor. Therefore, a small-sized, high-performance and low-cost turbo chiller can be provided.

本発明のターボ圧縮機によると、回転軸冷却機構により冷却される回転軸を介して軸受を内輪側から冷却することができるため、軸受に多量の潤滑油を給油して熱を取り去る必要がなくなり、軸受に対する給油量を潤滑に必要な最小油量に抑えることができる。これにより、軸受における潤滑油の撹拌損失を低減することができる。また、軸受を内輪側から冷却するため、軸受内部で最も温度が高くなる玉やコロの温度に対して内輪を冷却しその温度を低く保つことが可能となり、軸受内部の隙間を理想的に保つことができる。これにより、軸受の熱膨張を抑制し、玉やコロにかかる荷重を低減して機械損失を低減することができる。従って、ターボ圧縮機の更なる高速化、小型化を図り、コスト低減と小型高性能化を実現することができる。
また、本発明のターボ冷凍機によると、高速化、小型化された高性能のターボ圧縮機を用いて冷凍サイクルを構成することができるため、小型高性能でかつ低コストのターボ冷凍機を提供することができる。
According to the turbo compressor of the present invention, since the bearing can be cooled from the inner ring side via the rotating shaft cooled by the rotating shaft cooling mechanism, it is not necessary to supply a large amount of lubricating oil to the bearing and remove the heat. The amount of oil supplied to the bearing can be suppressed to the minimum amount of oil necessary for lubrication. Thereby, the stirring loss of the lubricating oil in the bearing can be reduced. In addition, since the bearing is cooled from the inner ring side, it is possible to cool the inner ring against the temperature of the ball or roller that has the highest temperature inside the bearing and keep the temperature low, and ideally maintain the clearance inside the bearing. be able to. Thereby, the thermal expansion of a bearing can be suppressed, the load concerning a ball | bowl and a roller can be reduced, and a mechanical loss can be reduced. Therefore, the turbo compressor can be further increased in speed and reduced in size, and cost reduction and downsizing and high performance can be realized.
In addition, according to the turbo chiller of the present invention, a refrigeration cycle can be configured using a high-performance turbo compressor that is speeded up and downsized, and thus a small-sized high-performance and low-cost turbo chiller is provided. can do.

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1ないし図8を用いて説明する。
図1には、本発明の第1実施形態にかかるターボ圧縮機1の縦断面図が示されている。ターボ圧縮機1は、圧縮機側ハウジング2Aとモータ側ハウジング2Bとを一体に結合して構成されるハウジング2を備えている。モータ側ハウジング2Bには、図示省略のインバータ装置を介して可変速駆動される電動モータ3が組み込まれる。この電動モータ3のモータ軸3Aの一端は、モータ側ハウジング2Bから圧縮機側ハウジング2Aに突出されている。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a turbo compressor 1 according to the first embodiment of the present invention. The turbo compressor 1 includes a housing 2 configured by integrally connecting a compressor side housing 2A and a motor side housing 2B. An electric motor 3 that is driven at a variable speed via an inverter device (not shown) is incorporated in the motor-side housing 2B. One end of the motor shaft 3A of the electric motor 3 projects from the motor side housing 2B to the compressor side housing 2A.

圧縮機側ハウジング2A内には、可変ガイドベーン4を備えた冷媒ガスの吸い込み口5が形成され、この吸い込み口5に続く下流側流路には、第1段圧縮ステージ6および第2段圧縮ステージ7が順次設けられる。第1段圧縮ステージ6には、ディフューザ部8、リターンベント9およびガイドベーン10が設けられ、第2段圧縮ステージ7には、ディフューザ部11およびスクロール室12が設けられる。このスクロール室12から図示省略の吐出口を経て圧縮された冷媒ガスが外部に吐き出されるように構成される。   A refrigerant gas suction port 5 having a variable guide vane 4 is formed in the compressor-side housing 2A, and a first-stage compression stage 6 and a second-stage compression are provided in a downstream flow path following the suction port 5. Stages 7 are sequentially provided. The first stage compression stage 6 is provided with a diffuser part 8, a return vent 9 and a guide vane 10, and the second stage compression stage 7 is provided with a diffuser part 11 and a scroll chamber 12. The compressed refrigerant gas is discharged from the scroll chamber 12 through a discharge port (not shown).

また、圧縮機側ハウジング2A内には、回転軸13が回転自在に設置され、この回転軸13の一端側には、第1段圧縮ステージ6用の第1段羽根車14と、第2段圧縮ステージ7用の第2段羽根車15とが設けられる。回転軸13は、ほぼ中央部が軸受箱16を介して圧縮機側ハウジング2Aに設置される複数のアンギュラ玉軸受からなる転がり軸受17により支持され、他端部が軸受箱18を介してモータ側ハウジング2Bに設置される複数のアンギュラ玉軸受からなる転がり軸受19により支持される。   In addition, a rotary shaft 13 is rotatably installed in the compressor-side housing 2A, and a first stage impeller 14 for the first stage compression stage 6 and a second stage are provided on one end side of the rotary shaft 13. A second stage impeller 15 for the compression stage 7 is provided. The rotary shaft 13 is supported by a rolling bearing 17 consisting of a plurality of angular ball bearings, the central portion of which is installed in the compressor-side housing 2A via a bearing box 16, and the other end is connected to the motor side via a bearing box 18. It is supported by a rolling bearing 19 composed of a plurality of angular ball bearings installed in the housing 2B.

上記転がり軸受17,19によって支持される回転軸13の中間部位には、小径の歯車20が設けられる。この歯車20は、モータ軸3Aの一端に設けられる大径の歯車21と噛み合わされ、これらの歯車20,21によって、増速機構22が構成される。
上記軸受箱16,18には、それぞれ転がり軸受17,19に対して潤滑油を給油する潤滑油給油ライン23A,23Bが接続されており、図示省略の給油機構から回転軸13の回転数に比例して供給される潤滑に必要な最小限量の潤滑油を、軸受箱16,18を介して図示省略のノズル孔から転がり軸受17,19に給油する潤滑油給油系路を構成している。各転がり軸受17,19の潤滑に供された潤滑油は、各軸受を潤滑した後、ハウジング2内の排油空間2Cに流出され、排油孔24を介して図示省略の給油機構へと循環される。
A small-diameter gear 20 is provided at an intermediate portion of the rotary shaft 13 supported by the rolling bearings 17 and 19. The gear 20 is meshed with a large-diameter gear 21 provided at one end of the motor shaft 3A, and a speed increasing mechanism 22 is configured by these gears 20 and 21.
Lubricating oil supply lines 23A and 23B for supplying lubricating oil to the rolling bearings 17 and 19 are connected to the bearing housings 16 and 18, respectively, and are proportional to the rotational speed of the rotary shaft 13 from an oil supply mechanism (not shown). The lubricating oil supply system is configured to supply the minimum amount of lubricating oil required for lubrication supplied to the rolling bearings 17 and 19 from the nozzle holes (not shown) via the bearing boxes 16 and 18. Lubricating oil used for lubricating the rolling bearings 17 and 19 is lubricated to the bearings, and then flows out into the oil drain space 2C in the housing 2 and circulates through the oil drain hole 24 to an oil supply mechanism (not shown). Is done.

また、軸受箱16,18の外周部には、油溝25,26が設けられ、この油溝25,26に対して冷却油を給油する冷却油給油ライン27A,27Bが接続されており、図示省略の給油機構からオイルクーラを経て冷却油が供給され、各軸受箱16,18を介して各転がり軸受17,19の外輪側を冷却する軸受箱冷却機構を構成している。冷却油は、排油孔28を介して図示省略の給油機構へと循環される。
さらに、回転軸13の軸中心には、その軸線に沿って一端から他端に貫通される貫通孔(冷媒通路)29(図2参照)が設けられ、この貫通孔29に冷媒を流通させることにより、回転軸13を冷却する回転軸冷却機構30が構成される。
In addition, oil grooves 25 and 26 are provided on the outer peripheral portions of the bearing housings 16 and 18, and cooling oil supply lines 27A and 27B for supplying the cooling oil to the oil grooves 25 and 26 are connected to each other. A cooling oil is supplied from an omitted oil supply mechanism through an oil cooler to constitute a bearing box cooling mechanism that cools the outer ring side of each rolling bearing 17, 19 via each bearing box 16, 18. The cooling oil is circulated through an oil drain hole 28 to an oil supply mechanism (not shown).
Furthermore, a through-hole (refrigerant passage) 29 (see FIG. 2) that penetrates from one end to the other end along the axis is provided at the axial center of the rotary shaft 13, and the refrigerant is circulated through the through-hole 29. Thus, the rotating shaft cooling mechanism 30 for cooling the rotating shaft 13 is configured.

回転軸冷却機構30は、ターボ圧縮機1を含んで構成されるターボ冷凍機40(図4参照)の冷凍サイクルの適所(具体的には、後述する冷凍サイクルを構成する凝縮器内の液溜めから蒸発器内の液溜めに至る迄の間の冷媒配管系または構成機器)から高圧液冷媒または低圧液冷媒の一部を抽出し、ハウジング2内を経て回転軸13のモータ側端部に導く冷媒導入系路31と、この冷媒導入系路31に設けられる流量調整弁32と、回転軸13の貫通孔29に接続され、冷媒導入系路31を経て導かれる冷媒をオリフィス33により減圧して貫通孔29内に流出するノズル34と、回転軸13と共に回転するノズル34と冷媒導入系路31との間の回転部分を、ノズル34の外周面をシール面とし、非接触でシールするラビリンスシールを構成するシール部材35と、貫通孔29内を流通した冷媒を回転軸13の羽根車側端部から吸い込み口5内に周方向に均一に流出させる流出孔36とから構成される。   The rotary shaft cooling mechanism 30 is a liquid reservoir in a condenser (specifically, a condenser that constitutes the refrigeration cycle described later) in the refrigeration cycle of the turbo chiller 40 (see FIG. 4) including the turbo compressor 1. A part of the high-pressure liquid refrigerant or the low-pressure liquid refrigerant from the refrigerant piping system or the component equipment from the time until the liquid reservoir in the evaporator is extracted and led to the motor side end of the rotary shaft 13 through the housing 2. A refrigerant introduction system path 31, a flow rate adjusting valve 32 provided in the refrigerant introduction system path 31, and a through hole 29 of the rotary shaft 13, and the refrigerant guided through the refrigerant introduction system path 31 is decompressed by an orifice 33. A labyrinth seal that seals the nozzle 34 that flows into the through-hole 29, and the rotating portion between the nozzle 34 that rotates together with the rotating shaft 13 and the refrigerant introduction system path 31, with the outer peripheral surface of the nozzle 34 as a sealing surface and without contact. a configuration A seal member 35 which consists of the outlet hole 36. to uniformly flow out of the refrigerant which has flowed through the through hole 29 in the circumferential direction from the impeller end to the suction port 5 of the rotary shaft 13.

上記流量調整弁32は、図3(A)に示されるように、冷媒吸い込み口5に設けられる温度センサ(Tsuc)37により検出される冷媒吸い込み口5の流出孔36付近における冷媒温度が圧力飽和温度以上となるように冷媒流量を制御する。
また、回転軸13の端部から冷媒ガスを流出させる流出孔36は、図3に示されるように、回転軸13の端部が嵌合される固定カバー38との間の隙間から、周方向に等間隔に設けられたスリット39を介して冷媒ガスを周方向に均一に流出させることができるように構成される。
As shown in FIG. 3 (A), the flow rate adjusting valve 32 is configured so that the refrigerant temperature near the outflow hole 36 of the refrigerant suction port 5 detected by a temperature sensor (Tsuc) 37 provided in the refrigerant suction port 5 is pressure saturated. The refrigerant flow rate is controlled so as to be equal to or higher than the temperature.
Further, as shown in FIG. 3, the outflow hole 36 through which the refrigerant gas flows out from the end portion of the rotating shaft 13 is formed in a circumferential direction from a gap between the end portion of the rotating shaft 13 and the fixed cover 38. The refrigerant gas is configured to be able to uniformly flow out in the circumferential direction through slits 39 provided at equal intervals.

ターボ冷凍機40の冷凍サイクルは、図4に示されるように、冷媒を圧縮するターボ圧縮機1と、冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器41と、高圧冷媒を中間圧の減圧する第1減圧弁42と、冷媒に過冷却を与えるエコノマイザ43と、冷媒を低圧状態に減圧する第2減圧弁44と、低圧冷媒を蒸発させる蒸発器45とを公知の如く接続することにより構成される。上記回転軸冷却機構30の冷却媒体とされる冷媒は、このターボ冷凍機40の冷凍サイクルを構成する凝縮器41内の液溜めから蒸発器45内の液溜めに至るまでの間の冷媒配管系または構成機器の(A)ないし(E)のいずれかの位置から抽出することができる。以下にその実施例(A)ないし(E)を図5ないし図8を参照して説明する。   As shown in FIG. 4, the refrigeration cycle of the turbo chiller 40 includes a turbo compressor 1 that compresses the refrigerant, a condenser 41 that cools and condenses the refrigerant, and a first decompression that depressurizes the high-pressure refrigerant to an intermediate pressure. The valve 42, an economizer 43 that supercools the refrigerant, a second pressure reducing valve 44 that depressurizes the refrigerant to a low pressure state, and an evaporator 45 that evaporates the low pressure refrigerant are connected in a known manner. The refrigerant used as the cooling medium of the rotary shaft cooling mechanism 30 is a refrigerant piping system from the liquid reservoir in the condenser 41 constituting the refrigeration cycle of the turbo refrigerator 40 to the liquid reservoir in the evaporator 45. Alternatively, it can be extracted from any one of the components (A) to (E). Embodiments (A) to (E) will be described below with reference to FIGS.

実施例(A)は、図5に示されるように、凝縮器41の液溜め41Aから、凝縮器41内において凝縮された高圧液冷媒を、その高圧圧力を利用して回転軸冷却機構30の冷媒導入系路31へと抽出するものである。
実施例(B)は、図5に示されるように、凝縮器41の下流に設けられ、凝縮器41において凝縮された液冷媒を更に冷却して過冷却を付与するサブクーラ46から、過冷却された冷媒を、その高圧圧力を利用して回転軸冷却機構30の冷媒導入系路31へと抽出するものである。
In the embodiment (A), as shown in FIG. 5, the high-pressure liquid refrigerant condensed in the condenser 41 from the liquid reservoir 41 </ b> A of the condenser 41 is used for the rotary shaft cooling mechanism 30. The refrigerant is extracted into the refrigerant introduction system path 31.
As shown in FIG. 5, the embodiment (B) is supercooled from a subcooler 46 provided downstream of the condenser 41 and further cooling the liquid refrigerant condensed in the condenser 41 to provide supercooling. The extracted refrigerant is extracted into the refrigerant introduction system path 31 of the rotary shaft cooling mechanism 30 using the high pressure.

実施例(C)は、図6に示されるように、いわゆるエコノマイザサイクルと称される中間冷却器方式のサイクルにおけるエコノマイザ(中間冷却器)43Aの出口から、中間冷却器43Aにおいて過冷却された冷媒を、その高圧圧力を利用して回転軸冷却機構30の冷媒導入系路31へと抽出するものである。なお、減圧弁47を経て中間冷却器43Aにおいて蒸発された中間圧のガス冷媒は、冷媒系路48を経てターボ圧縮機1の第1圧縮ステージ6と第2圧縮ステージ7との間に注入される。この実施例は、自己膨張により冷媒の組成が変化する混合冷媒(例えば、R410A冷媒)を使用するターボ冷凍機40おいて、所定の能力を発揮させる上で有効なものである。   In the embodiment (C), as shown in FIG. 6, the refrigerant supercooled in the intermediate cooler 43 </ b> A from the outlet of the economizer (intercooler) 43 </ b> A in an intermediate cooler type cycle called a so-called economizer cycle. Is extracted to the refrigerant introduction system path 31 of the rotary shaft cooling mechanism 30 using the high pressure. The intermediate-pressure gas refrigerant evaporated in the intermediate cooler 43A via the pressure reducing valve 47 is injected between the first compression stage 6 and the second compression stage 7 of the turbo compressor 1 via the refrigerant system 48. The This embodiment is effective in exerting a predetermined capacity in the turbo refrigerator 40 using a mixed refrigerant (for example, R410A refrigerant) whose refrigerant composition changes due to self-expansion.

実施例(D)は、図7に示されるように、いわゆるエコノマイザサイクルと称される気液分離器方式のサイクルにおけるエコノマイザ(気液分離器)43Bの出口から、気液分離器43Bにおいて過冷却された冷媒を、その中間圧圧力を利用して回転軸冷却機構30の冷媒導入系路31へと抽出するものである。なお、気液分離器43Bにおいて分離された中間圧のガス冷媒は、冷媒系路49を経てターボ圧縮機1の第1圧縮ステージ6と第2圧縮ステージ7との間に注入される。   In the embodiment (D), as shown in FIG. 7, the supercooling is performed in the gas-liquid separator 43B from the outlet of the economizer (gas-liquid separator) 43B in a gas-liquid separator type cycle called a so-called economizer cycle. The refrigerant thus extracted is extracted to the refrigerant introduction system path 31 of the rotary shaft cooling mechanism 30 using the intermediate pressure. The intermediate-pressure gas refrigerant separated in the gas-liquid separator 43 </ b> B is injected between the first compression stage 6 and the second compression stage 7 of the turbo compressor 1 through the refrigerant system path 49.

実施例(E)は、図8に示されるように、蒸発器45の液溜め45Aから、第2減圧弁44により低圧状態に減圧された低圧低温の液冷媒を、ポンプ50A、もしくはターボ圧縮機1の吐出系路から抽出される高圧ガス冷媒(R1)または凝縮器41から抽出される高圧ガス冷媒(R2)を駆動源とするエダクタ50Bを介して回転軸冷却機構30の冷媒導入系路31へと抽出するものである。   In the embodiment (E), as shown in FIG. 8, the low pressure and low temperature liquid refrigerant decompressed to the low pressure state by the second pressure reducing valve 44 from the liquid reservoir 45A of the evaporator 45 is supplied to the pump 50A or the turbo compressor. The refrigerant introduction system path 31 of the rotary shaft cooling mechanism 30 through the eductor 50B using the high pressure gas refrigerant (R1) extracted from one discharge system path or the high pressure gas refrigerant (R2) extracted from the condenser 41 as a drive source. It is to be extracted.

次いで、上記ターボ圧縮機1およびターボ冷凍機40の動作について説明する。
電動モータ3が駆動され、モータ軸3Aが回転されると、その一端に設けられている歯車21および歯車21に噛み合う歯車20により構成される増速機構22により回転が増速され、回転軸13が高速で回転される。回転軸13が回転されると、第1段羽根車14および第2段羽根車15が回転され、圧縮動作が開始される。第1段羽根車14および第2段羽根車15の回転により吸い込み口5から可変ガイドベーン4を経てターボ圧縮機1に吸い込まれた冷媒ガスは、第1段圧縮ステージ6および第2段圧縮ステージ7を経て2段圧縮される。2段圧縮された高圧の冷媒ガスは、スクロール室12より図示省略の吐出口を経て圧縮機外部へと吐き出される。この高圧冷媒ガスは、ターボ圧縮機1および凝縮器41、第1減圧弁42、エコノマイザ43、第2減圧弁44、および蒸発器45等から構成されるターボ冷凍機40の冷凍サイクル内を循環することにより、所要の冷凍効果が奏される。
Next, operations of the turbo compressor 1 and the turbo refrigerator 40 will be described.
When the electric motor 3 is driven and the motor shaft 3 </ b> A is rotated, the rotation is increased by the speed increasing mechanism 22 configured by the gear 21 provided at one end thereof and the gear 20 meshing with the gear 21. Is rotated at high speed. When the rotating shaft 13 is rotated, the first stage impeller 14 and the second stage impeller 15 are rotated, and the compression operation is started. The refrigerant gas sucked into the turbo compressor 1 from the suction port 5 through the variable guide vane 4 by the rotation of the first stage impeller 14 and the second stage impeller 15 is converted into the first stage compression stage 6 and the second stage compression stage. 7 is compressed in two stages. The two-stage compressed high-pressure refrigerant gas is discharged from the scroll chamber 12 to the outside of the compressor through a discharge port (not shown). The high-pressure refrigerant gas circulates in the refrigeration cycle of the turbo refrigerator 40 including the turbo compressor 1 and the condenser 41, the first pressure reducing valve 42, the economizer 43, the second pressure reducing valve 44, the evaporator 45, and the like. Thus, the required refrigeration effect is achieved.

この間、ターボ圧縮機1においては、図示省略の給油機構側から潤滑油給油ライン23A,23Bを経て潤滑に必要な最小限量の潤滑油が軸受箱16,18に給油され、軸受箱16,18から図示省略のノズル孔を介して各転がり軸受17,19に給油される。これにより、各転がり軸受17,19が潤滑される。また、同様に、図示省略の給油機構側からオイルクーラにより冷却された冷却油が冷却油給油ライン27A,27Bを介して各軸受箱16,18の外周部に設けられている油溝25,26に循環される。これにより、軸受箱16,18を介して転がり軸受17,19の外輪が冷却される。   In the meantime, in the turbo compressor 1, the minimum amount of lubricating oil necessary for lubrication is supplied to the bearing boxes 16 and 18 from the oil supply mechanism side (not shown) through the lubricating oil supply lines 23 </ b> A and 23 </ b> B. Oil is supplied to the rolling bearings 17 and 19 through nozzle holes (not shown). Thereby, each rolling bearing 17 and 19 is lubricated. Similarly, the oil grooves 25 and 26 provided in the outer peripheral portions of the bearing housings 16 and 18 through the cooling oil supply lines 27A and 27B are cooled by the oil cooler from the oil supply mechanism (not shown). It is circulated in. As a result, the outer rings of the rolling bearings 17 and 19 are cooled via the bearing housings 16 and 18.

一方において、ターボ冷凍機40の冷凍サイクル内を循環する高圧液冷媒または低圧液冷媒の一部が、冷凍サイクル内の(A)ないし(E)のいずれかの位置から抽出され、冷媒の圧力あるいはポンプまたはエゼクタを利用して回転軸冷却機構30の冷媒導入系路31へと導入される。回転軸冷却機構30に導入された冷媒は、流量調整弁32により流量が調整され、その開度に応じて減圧されながら、シール部材35を経て回転軸13に接続されているノズル34へと供給される。この冷媒は、さらにノズル34に設けられているオリフィス33により低圧状態に減圧された後、回転軸13の貫通孔29(冷媒通路)内に流出される。   On the other hand, a part of the high-pressure liquid refrigerant or the low-pressure liquid refrigerant circulating in the refrigeration cycle of the turbo chiller 40 is extracted from any position (A) to (E) in the refrigeration cycle, and the refrigerant pressure or The refrigerant is introduced into the refrigerant introduction system path 31 of the rotary shaft cooling mechanism 30 using a pump or an ejector. The refrigerant introduced into the rotary shaft cooling mechanism 30 is supplied to the nozzle 34 connected to the rotary shaft 13 via the seal member 35 while the flow rate is adjusted by the flow rate adjusting valve 32 and the pressure is reduced according to the opening degree. Is done. The refrigerant is further decompressed to a low pressure state by an orifice 33 provided in the nozzle 34 and then flows out into the through hole 29 (refrigerant passage) of the rotating shaft 13.

貫通孔29内に導かれた冷媒は、貫通孔29内を流通する間に高速回転する回転軸13側から吸熱して蒸発され、回転軸13を冷却する。これにより、回転軸13を支持する転がり軸受17,19が回転軸13を介して内輪側から冷却され、その発熱が抑制される。回転軸13内で蒸発された冷媒は、回転軸13の羽根車側端部に設けられる流出孔36から周方向に均一に流出され、吸い込み口5から吸い込まれる冷媒ガスと合流して再び圧縮される。この際、冷媒吸い込み口5の流出孔36付近における冷媒温度が温度センサ(Tsuc)37により検出され、それが圧力飽和温度以上となるように流量調整弁32が冷媒流量を制御する。これによって、流出孔36から液冷媒が流出されて圧縮機に吸い込まれないようにされる。   The refrigerant introduced into the through hole 29 absorbs heat from the rotating shaft 13 rotating at a high speed while flowing through the through hole 29, and cools the rotating shaft 13. As a result, the rolling bearings 17 and 19 that support the rotating shaft 13 are cooled from the inner ring side via the rotating shaft 13, and the heat generation thereof is suppressed. The refrigerant evaporated in the rotating shaft 13 is uniformly discharged in the circumferential direction from the outflow hole 36 provided at the end of the rotating shaft 13 on the impeller side, and merges with the refrigerant gas sucked from the suction port 5 and is compressed again. The At this time, the refrigerant temperature in the vicinity of the outflow hole 36 of the refrigerant suction port 5 is detected by the temperature sensor (Tsuc) 37, and the flow rate adjusting valve 32 controls the refrigerant flow rate so that it becomes equal to or higher than the pressure saturation temperature. As a result, the liquid refrigerant is prevented from flowing out from the outflow hole 36 and sucked into the compressor.

上記のように、本実施形態のターボ圧縮機1は、冷凍サイクルの(A)ないし(E)のいずれかの位置から抽出される高圧液冷媒または低圧液冷媒の一部を、回転軸13に穿設されている貫通孔29(冷媒通路)内で蒸発させ、その蒸発潜熱によって回転軸13を冷却し、この回転軸13を介して転がり軸受17,19を内輪側から冷却する回転軸冷却機構30を備えている。そして、この冷媒を冷却媒体とする回転軸冷却機構30を、軸受に冷却媒体を供給する軸受冷却機構に代替することができる。このため、潤滑油給油ライン23A,23Bを介して転がり軸受17,19に給油する潤滑油の油量を潤滑に必要な最小限の油量に抑えることができる。   As described above, the turbo compressor 1 of the present embodiment is configured to transfer a part of the high-pressure liquid refrigerant or the low-pressure liquid refrigerant extracted from any one of the positions (A) to (E) of the refrigeration cycle to the rotary shaft 13. A rotary shaft cooling mechanism that evaporates in the through-hole 29 (refrigerant passage) that is drilled, cools the rotary shaft 13 by the latent heat of evaporation, and cools the rolling bearings 17 and 19 from the inner ring side via the rotary shaft 13. 30. And the rotating shaft cooling mechanism 30 which uses this refrigerant as a cooling medium can be replaced with the bearing cooling mechanism which supplies a cooling medium to a bearing. For this reason, the amount of lubricating oil supplied to the rolling bearings 17 and 19 via the lubricating oil supply lines 23A and 23B can be suppressed to the minimum amount required for lubrication.

しかして、本実施形態によると、以下の作用効果を奏する。
回転軸を支える転がり軸受17,19を回転軸冷却機構30により回転軸13側から冷却することができるため、転がり軸受17,19に対する給油量を潤滑に必要な最小油量に抑えることができる。これにより、転がり軸受17,19における潤滑油の撹拌損失を低減することができる。また、転がり軸受17,19を、回転軸13を介して内輪側から冷却するため、軸受内部での温度勾配を内輪側から外輪側に向って順次高くし、軸受内部の隙間を理想的に保つことができる。これにより、軸受の熱膨張による機械損失をも低減することができる。従って、ターボ圧縮機の更なる高速化、小型化を図り、コスト低減と小型高性能化を実現することができる。
Thus, according to the present embodiment, the following operational effects are obtained.
Since the rolling bearings 17 and 19 that support the rotating shaft can be cooled from the rotating shaft 13 side by the rotating shaft cooling mechanism 30, the amount of oil supplied to the rolling bearings 17 and 19 can be suppressed to the minimum oil amount necessary for lubrication. Thereby, the stirring loss of the lubricating oil in the rolling bearings 17 and 19 can be reduced. Further, since the rolling bearings 17 and 19 are cooled from the inner ring side via the rotating shaft 13, the temperature gradient in the bearing is gradually increased from the inner ring side to the outer ring side, and the clearance inside the bearing is ideally maintained. be able to. Thereby, the mechanical loss by the thermal expansion of a bearing can also be reduced. Therefore, the turbo compressor can be further increased in speed and reduced in size, and cost reduction and downsizing and high performance can be realized.

また、冷媒を回転軸13の貫通孔29(冷媒通路)内で蒸発され、その蒸発潜熱で回転軸13、さらには転がり軸受17,19を冷却するため、回転軸13ならびに転がり軸受17,19を効率よく冷却することができる。従って、転がり軸受17,19が熱膨張することにより発生する機械損失を低減することができると同時に、転がり軸受17,19に対する給油量を潤滑に必要な最小限の潤滑油量に抑えることができる。
また、貫通孔29(冷媒通路)を回転軸13の一端側から他端側に貫通して設け、この貫通孔29内に導入されて蒸発した冷媒を、そのまま回転軸13の羽根車側端部から圧縮機1の冷媒吸い込み流路5に流出させるようにしているため、回転軸冷却機構30およびその冷媒流通経路ならびに回転軸13を簡素に構成することができる。
Further, the refrigerant is evaporated in the through hole 29 (refrigerant passage) of the rotating shaft 13, and the rotating shaft 13 and further the rolling bearings 17 and 19 are cooled by the latent heat of vaporization. It can be cooled efficiently. Therefore, it is possible to reduce the mechanical loss caused by the thermal expansion of the rolling bearings 17 and 19, and at the same time, it is possible to suppress the amount of oil supplied to the rolling bearings 17 and 19 to the minimum amount required for lubrication. .
Further, a through hole 29 (refrigerant passage) is provided so as to penetrate from one end side of the rotating shaft 13 to the other end side, and the refrigerant introduced into the through hole 29 and evaporated is used as it is at the end of the rotating shaft 13 on the impeller side. Therefore, the rotary shaft cooling mechanism 30, the refrigerant flow path, and the rotary shaft 13 can be simply configured.

また、回転軸13側に導かれた冷媒をノズル34に設けられている固定オリフィス33で減圧するため、冷媒を確実に低温低圧状態に減圧して貫通孔29内に導入することができる。従って、貫通孔29内で直ちに軸側から吸熱して冷媒を蒸発させ、回転軸13を効率よく冷却し、その回転軸13を介して転がり軸受17,19を内輪側から効率よく冷却することができる。
また、冷凍サイクルから抽出される冷媒を回転軸13の貫通孔(冷媒通路)29に導く冷媒導入系路31に冷媒流量を調整する流量調整弁32を設け、この流量調整弁32によって、回転軸13を冷却した冷媒が圧縮機1の冷媒吸い込み流路5に戻されて圧縮機1に吸い込まれる冷媒と合流する付近の冷媒温度が圧力飽和温度以上となるように冷媒流量を制御しているため、回転軸冷却機構30側に液戻りが発生することのない適正量の冷媒を供給することができる。これにより、流出孔36から冷媒吸い込み流路5に戻される冷媒による液圧縮を確実に防止することができる最大の回転軸冷却機構30の冷却能力を可能とし、効率よく回転軸13および転がり軸受17,19を冷却することができる。
Further, since the refrigerant guided to the rotating shaft 13 side is depressurized by the fixed orifice 33 provided in the nozzle 34, the refrigerant can be surely depressurized to a low temperature and low pressure state and introduced into the through hole 29. Therefore, heat can be immediately absorbed from the shaft side in the through hole 29 to evaporate the refrigerant, the rotating shaft 13 can be efficiently cooled, and the rolling bearings 17 and 19 can be efficiently cooled from the inner ring side via the rotating shaft 13. it can.
In addition, a flow rate adjusting valve 32 for adjusting the flow rate of the refrigerant is provided in the refrigerant introduction system passage 31 that guides the refrigerant extracted from the refrigeration cycle to the through hole (refrigerant passage) 29 of the rotary shaft 13. The refrigerant flow rate is controlled so that the refrigerant temperature in the vicinity where the refrigerant having cooled 13 is returned to the refrigerant suction flow path 5 of the compressor 1 and merged with the refrigerant sucked into the compressor 1 becomes equal to or higher than the pressure saturation temperature. Thus, an appropriate amount of refrigerant can be supplied without causing liquid return to the rotating shaft cooling mechanism 30 side. As a result, the maximum cooling capacity of the rotary shaft cooling mechanism 30 that can reliably prevent liquid compression by the refrigerant returned from the outflow hole 36 to the refrigerant suction flow path 5 is possible, and the rotary shaft 13 and the rolling bearing 17 are efficiently provided. , 19 can be cooled.

また、回転軸13の貫通孔(冷媒通路)29の入口部分に、回転軸29と共に回転する固定オリフィス33を有するノズル34が取り付けられ、その外周面をシール面とし、冷媒導入系路31との間をラビリンスシールにより非接触シールするシール部材35を設けているため、回転軸13に対して余計な抵抗を加えることなく、静止側の冷媒導入系路31と回転側のノズル34との間をシールすることができる。従って、動力損失をもたらすことなく、冷媒を確実に回転軸13の貫通孔(冷媒通路)29内に導くことができる。   In addition, a nozzle 34 having a fixed orifice 33 that rotates together with the rotary shaft 29 is attached to an inlet portion of a through hole (refrigerant passage) 29 of the rotary shaft 13. Since a seal member 35 is provided for non-contact sealing with a labyrinth seal between the stationary refrigerant introduction path 31 and the rotary nozzle 34 without adding extra resistance to the rotary shaft 13. Can be sealed. Therefore, the refrigerant can be reliably guided into the through hole (refrigerant passage) 29 of the rotating shaft 13 without causing power loss.

さらに、本実施形態では、転がり軸受17,19を設置する軸受箱16,18の外周に設けられる油溝25,26に冷却油給油ライン27より冷却油を循環させる軸受箱冷却機構を設け、軸受箱16,18を介して転がり軸受17,19を外輪側からも冷却できるようにしている。このため、転がり軸受17,19の冷却効果を一段と高め、転がり軸受17,19への給油量を潤滑に必要な最小限の油量に維持することができるとともに、転がり軸受17,19における内外輪温度差を可及的に小さくすることができる。従って、転がり軸受17,19の機械損失を更に低減することができる。   Furthermore, in this embodiment, a bearing box cooling mechanism for circulating the cooling oil from the cooling oil supply line 27 is provided in the oil grooves 25 and 26 provided on the outer periphery of the bearing boxes 16 and 18 where the rolling bearings 17 and 19 are installed. The rolling bearings 17 and 19 can be cooled from the outer ring side via the boxes 16 and 18. For this reason, the cooling effect of the rolling bearings 17 and 19 can be further enhanced, the amount of oil supplied to the rolling bearings 17 and 19 can be maintained at the minimum amount of oil necessary for lubrication, and the inner and outer rings of the rolling bearings 17 and 19 can be maintained. The temperature difference can be made as small as possible. Therefore, the mechanical loss of the rolling bearings 17 and 19 can be further reduced.

また、冷凍サイクルの(A)ないし(E)のいずれかの位置から、冷媒が持つ高圧または中間圧エネルギー、あるいはポンプまたはエダクタを利用して高圧液冷媒または低圧液冷媒の一部を抽出し、その冷媒を冷却媒体として回転軸13および転がり軸受17,19を冷却することができる。従って、ターボ冷凍機自身の系内から取り出した冷媒を転がり軸受17,19の冷却に有効に活用することができる。
さらに、上記により高速化、小型化された高性能のターボ圧縮機1を用いて冷凍サイクルを構成することができるため、小型高性能でかつ低コストのターボ冷凍機40を製造することができる。
Further, from either position (A) to (E) of the refrigeration cycle, high pressure or intermediate pressure energy of the refrigerant, or a part of the high pressure liquid refrigerant or low pressure liquid refrigerant is extracted using a pump or an eductor, The rotating shaft 13 and the rolling bearings 17 and 19 can be cooled using the refrigerant as a cooling medium. Therefore, the refrigerant taken out from the turbo refrigerator itself can be effectively used for cooling the rolling bearings 17 and 19.
Furthermore, since the refrigeration cycle can be configured using the high-performance turbo compressor 1 that has been speeded up and miniaturized as described above, the small-sized high-performance and low-cost turbo chiller 40 can be manufactured.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、図1、図2および図9を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1実施形態に対して、回転軸13に穿設する孔(冷媒通路)59の構成が異なっている。その他の点については第1実施形態と同様であるので、説明は省略する。第1実施形態では、貫通孔29(冷媒通路)を回転軸13の一端側から他端側に貫通して設けているが、本実施形態では、回転軸13に穿設する孔(冷媒通路)59をモータ側端部から第2段羽根車15が設けられる手前側(図2に示すII位置)までとしている。そして、このII位置に、図9(A),(B)に示されるように、複数個(図示例では、2または4個)の連通孔60を放射方向に軸中心に対してバランスを取って穿設している。この連通孔60は、ハウジング2内の排油空間2Cに開口される。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, and FIG.
The present embodiment differs from the first embodiment in the configuration of a hole (refrigerant passage) 59 formed in the rotating shaft 13. Since other points are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted. In the first embodiment, the through hole 29 (refrigerant passage) is provided so as to penetrate from one end side of the rotating shaft 13 to the other end side. However, in this embodiment, a hole (refrigerant passage) drilled in the rotating shaft 13 is provided. 59 is from the motor side end to the front side (II position shown in FIG. 2) where the second stage impeller 15 is provided. Then, at this II position, as shown in FIGS. 9A and 9B, a plurality of (two or four in the illustrated example) communication holes 60 are balanced with respect to the axial center in the radial direction. Are drilled. The communication hole 60 is opened to the oil drain space 2C in the housing 2.

また、本実施形態において、冷媒導入系路31に設けられる流量調整弁32は、上記の制御条件を満たした上で、さらに転がり軸受17,19の外輪温度を図示省略の温度センサにより検出し、それが予め設定される基準温度以下となるように制御される。これによって、冷媒の最低流量が決められ、軸受の外輪温度を保障することができる。上記排油空間2Cは、均圧通路61を介して圧縮機1の冷媒吸い込み流路5に連通され、低圧状態に維持されるようになっている。   Further, in the present embodiment, the flow rate adjustment valve 32 provided in the refrigerant introduction system path 31 further detects the outer ring temperature of the rolling bearings 17 and 19 by a temperature sensor (not shown) after satisfying the above control conditions, It is controlled so that it is below a preset reference temperature. Thereby, the minimum flow rate of the refrigerant is determined, and the outer ring temperature of the bearing can be ensured. The oil discharge space 2C is communicated with the refrigerant suction passage 5 of the compressor 1 via the pressure equalizing passage 61, and is maintained in a low pressure state.

本実施形態によると、ターボ冷凍機40の冷凍サイクルから抽出された冷媒は、冷媒導入系路31を介して回転軸13の孔(冷媒通路)59内に導入され、孔59内で蒸発することにより回転軸13および転がり軸受17,19を冷却する。孔59内で蒸発された冷媒は、孔59から連通孔60を介してハウジング2の排油空間2C内に流出される。この冷媒ガスは、排油空間2C内で流速が低下されるため、液分が含まれていた場合にそれが分離され、ガス分のみが均圧通路61を介して圧縮機1の冷媒吸い込み流路5に吸い込まれる。従って、本実施形態によると、第1実施形態と同様の効果が奏される他に、回転軸13および転がり軸受17,19の冷却に供された冷媒が液戻りすることにより発生する液圧縮を確実に防止することができるという効果が奏される。   According to the present embodiment, the refrigerant extracted from the refrigeration cycle of the turbo chiller 40 is introduced into the hole (refrigerant passage) 59 of the rotating shaft 13 via the refrigerant introduction system path 31 and evaporated in the hole 59. Thus, the rotating shaft 13 and the rolling bearings 17 and 19 are cooled. The refrigerant evaporated in the hole 59 flows out from the hole 59 into the oil drain space 2C of the housing 2 through the communication hole 60. Since the flow rate of the refrigerant gas is reduced in the oil discharge space 2 </ b> C, when the liquid component is contained, it is separated, and only the gas component is sucked into the refrigerant of the compressor 1 through the pressure equalizing passage 61. It is sucked into the road 5. Therefore, according to the present embodiment, in addition to the same effects as the first embodiment, the liquid compression generated by the return of the refrigerant supplied to the cooling of the rotating shaft 13 and the rolling bearings 17 and 19 is performed. The effect that it can prevent reliably is show | played.

なお、本発明は、上記した実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、2段ターボ圧縮機について説明したが、これに限らず、1段あるいは3段以上の多段ターボ圧縮機にも同様に適用することができる。また、上記実施形態では、軸受箱16,18の外周に設けられる油溝25,26に冷却油を供給して転がり軸受17,19の外輪側を冷却するようにしているが、この冷却媒体として、冷却油に代えて冷凍サイクルから抽出した冷媒を用いてもよい。更には、圧縮機の回転数に応じて発熱量および冷却に必要な冷媒量を算出し、流量調整弁32を制御するようにしてもよく、この場合、低回転数領域では、冷媒の供給を停止するようにしてもよい。   The present invention is not limited to the invention according to the above-described embodiment, and can be appropriately modified without departing from the gist thereof. For example, although the two-stage turbo compressor has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and the present invention can be similarly applied to a one-stage or three-stage or more multi-stage turbo compressor. In the above embodiment, cooling oil is supplied to the oil grooves 25 and 26 provided on the outer periphery of the bearing housings 16 and 18 to cool the outer ring side of the rolling bearings 17 and 19. Instead of the cooling oil, a refrigerant extracted from a refrigeration cycle may be used. Furthermore, the amount of heat generated and the amount of refrigerant necessary for cooling may be calculated in accordance with the rotational speed of the compressor, and the flow rate adjustment valve 32 may be controlled. You may make it stop.

本発明の第1実施形態にかかるターボ圧縮機の縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view of a turbo compressor according to a first embodiment of the present invention. 図1に示すターボ圧縮機における回転軸系のみを取り出した状態の側面図である。FIG. 2 is a side view of the turbo compressor shown in FIG. 1 with only a rotating shaft system taken out. 図1に示すターボ圧縮機の吸い込み口付近の部分縦断面図である。It is a fragmentary longitudinal cross-sectional view near the suction inlet of the turbo compressor shown in FIG. 本発明の第1実施形態にかかるターボ圧縮機を用いたターボ冷凍機の冷凍サイクル図である。It is a refrigerating cycle figure of the turbo refrigerator using the turbo compressor concerning a 1st embodiment of the present invention. 図4に示す冷凍サイクルからの冷媒抽出の実施例(A),(B)の詳細図である。It is detail drawing of the Example (A) and (B) of refrigerant | coolant extraction from the refrigerating cycle shown in FIG. 図4に示す冷凍サイクルからの冷媒抽出の実施例(C)の詳細図である。It is detail drawing of the Example (C) of the refrigerant | coolant extraction from the refrigerating cycle shown in FIG. 図4に示す冷凍サイクルからの冷媒抽出の実施例(D)の詳細図である。It is detail drawing of the Example (D) of the refrigerant | coolant extraction from the refrigerating cycle shown in FIG. 図4に示す冷凍サイクルからの冷媒抽出の実施例(E)の詳細図である。It is detail drawing of the Example (E) of the refrigerant | coolant extraction from the refrigerating cycle shown in FIG. 本発明の第2実施形態にかかるターボ圧縮機における回転軸の異なる実施例(A),(B)の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of Example (A) from which the rotating shaft differs in the turbo compressor concerning 2nd Embodiment of this invention, (B).

符号の説明Explanation of symbols

1 ターボ圧縮機
2 ハウジング
2C 排油空間
3 電動モータ
13 回転軸
14 第1段羽根車
15 第2段羽根車
16,18 軸受箱
17,19 転がり軸受
25,26 油溝
27A,27B 冷却油給油ライン
29 貫通孔(冷媒通路)
30 回転軸冷却機構
31 冷媒導入系路
32 流量調整弁
33 固定オリフィス
35 シール部材
40 ターボ冷凍機
41 凝縮器
41A 液溜め
43 エコノマイザ
43A エコノマイザ(中間冷却器)
43B エコノマイザ(気液分離器)
45 蒸発器
45A 液溜め
46 サブクーラ
50A ポンプ
50B エゼクタ
59 孔(冷媒通路)
60 連通孔
61 均圧通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbo compressor 2 Housing 2C Oil drain space 3 Electric motor 13 Rotating shaft 14 First stage impeller 15 Second stage impeller 16, 18 Bearing box 17, 19 Rolling bearing 25, 26 Oil groove 27A, 27B Cooling oil supply line 29 Through-hole (refrigerant passage)
30 Rotating shaft cooling mechanism 31 Refrigerant introduction path 32 Flow rate adjusting valve 33 Fixed orifice 35 Sealing member 40 Turbo refrigerator 41 Condenser 41A Liquid reservoir 43 Economizer 43A Economizer (intercooler)
43B economizer (gas-liquid separator)
45 Evaporator 45A Liquid reservoir 46 Subcooler 50A Pump 50B Ejector 59 Hole (refrigerant passage)
60 communication hole 61 pressure equalizing passage

Claims (15)

ハウジングに軸受を介して回転自在に支持され、駆動源により回転される回転軸の少なくとも一端に羽根車が設けられるターボ圧縮機において、
前記回転軸には、その軸内部にターボ冷凍機の冷凍サイクルから抽出される冷媒を冷却媒体とし、前記回転軸の少なくとも前記軸受による支持部近辺を冷却する回転軸冷却機構が設けられることを特徴とするターボ圧縮機。
In a turbo compressor in which an impeller is provided at least at one end of a rotating shaft that is rotatably supported by a housing via a bearing and rotated by a drive source,
Wherein the axis of rotation, characterized in that the inside shaft refrigerant extracted from the refrigeration cycle of the turbo chiller and cooling medium, the rotary shaft cooling mechanism is provided for cooling the vicinity of at least the support by the bearing portion of the rotary shaft And turbo compressor.
前記回転軸冷却機構は、前記回転軸の軸中心に軸線方向に沿って穿設され、前記冷媒が流通される冷媒通路を備えることを特徴とする請求項1に記載のターボ圧縮機。   2. The turbo compressor according to claim 1, wherein the rotating shaft cooling mechanism includes a refrigerant passage that is drilled along an axial direction in an axial center of the rotating shaft and through which the refrigerant flows. 前記冷媒通路は、前記回転軸の一端側から他端側に貫通して設けられ、前記冷媒通路内で蒸発された冷媒が、前記回転軸の羽根車側端部から圧縮機の冷媒吸い込み流路内に流出されることを特徴とする請求項2に記載のターボ圧縮機。   The refrigerant passage is provided so as to penetrate from one end side of the rotating shaft to the other end side, and the refrigerant evaporated in the refrigerant passage flows from the impeller side end portion of the rotating shaft to the refrigerant suction passage of the compressor The turbo compressor according to claim 2, wherein the turbo compressor is discharged into the inside. 前記冷媒通路は、前記回転軸の一端側から他端側に向けて穿設されるとともに、前記羽根車が設けられる位置の手前で前記ハウジング内の排油空間に連通され、前記冷媒通路内で蒸発された冷媒が、前記排油空間に流出された後、均圧通路を経て圧縮機の冷媒吸い込み流路に導かれることを特徴とする請求項2に記載のターボ圧縮機。   The refrigerant passage is drilled from one end side to the other end side of the rotating shaft, and communicates with an oil drain space in the housing before a position where the impeller is provided. The turbo compressor according to claim 2, wherein the evaporated refrigerant is led to the refrigerant suction passage of the compressor through the pressure equalizing passage after flowing out into the oil discharge space. 前記冷媒通路の入口部には、冷凍サイクルから導かれた冷媒を低温低圧冷媒に減圧する固定絞りが設けられ、該固定絞りにより減圧された冷媒が前記冷媒通路に導入されることを特徴とする請求項2ないし4のいずれかに記載のターボ圧縮機。   The inlet of the refrigerant passage is provided with a fixed throttle for reducing the refrigerant introduced from the refrigeration cycle to a low-temperature and low-pressure refrigerant, and the refrigerant reduced in pressure by the fixed throttle is introduced into the refrigerant passage. The turbo compressor according to any one of claims 2 to 4. 前記回転軸冷却機構は、前記冷凍サイクルから抽出される冷媒を前記回転軸の冷媒通路に導く冷媒導入系路を備え、該冷媒導入系路には、冷媒流量を調整する流量調整弁が設けられることを特徴とする請求項2ないし5のいずれかに記載のターボ圧縮機。   The rotary shaft cooling mechanism includes a refrigerant introduction system path that guides the refrigerant extracted from the refrigeration cycle to the refrigerant path of the rotary shaft, and the refrigerant introduction system path is provided with a flow rate adjusting valve that adjusts a refrigerant flow rate. The turbo compressor according to any one of claims 2 to 5, wherein 前記流量制御弁は、前記回転軸を冷却して蒸発した冷媒が前記圧縮機の冷媒吸い込み流路に戻され、前記圧縮機への吸い込み冷媒と合流する付近における冷媒温度が圧力飽和温度以上となるように制御されることを特徴とする請求項6に記載のターボ圧縮機。   The flow rate control valve returns the refrigerant evaporated after cooling the rotating shaft to the refrigerant suction passage of the compressor, and the refrigerant temperature in the vicinity where the refrigerant merges with the refrigerant sucked into the compressor is equal to or higher than the pressure saturation temperature. The turbo compressor according to claim 6, wherein the turbo compressor is controlled as follows. 前記回転軸冷却機構は、前記回転軸の前記冷媒通路入口部に取り付けられ、前記回転軸と共に回転する前記固定絞りを有するノズルと、該ノズルの外周面をシール面とし、前記冷媒導入系路との間を非接触シールするシール部材とを有することを特徴とする請求項6または7に記載のターボ圧縮機。   The rotary shaft cooling mechanism is attached to the refrigerant passage inlet of the rotary shaft, has a nozzle having the fixed throttle that rotates together with the rotary shaft, an outer peripheral surface of the nozzle as a seal surface, and the refrigerant introduction passageway The turbo compressor according to claim 6, further comprising a sealing member that performs non-contact sealing between the two. 前記軸受は、軸受箱を介して前記ハウジングに設置され、前記軸受箱には、前記軸受を冷却する軸受箱冷却機構が設けられることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載のターボ圧縮機。   9. The turbo according to claim 1, wherein the bearing is installed in the housing via a bearing box, and the bearing box is provided with a bearing box cooling mechanism for cooling the bearing. Compressor. 前記軸受箱冷却機構は、ターボ冷凍機の冷凍サイクルから抽出される冷媒または潤滑用の冷却油を冷却媒体とすることを特徴とする請求項9に記載のターボ圧縮機。   The turbo compressor according to claim 9, wherein the bearing box cooling mechanism uses a refrigerant extracted from a refrigeration cycle of the turbo refrigerator or a cooling oil for lubrication as a cooling medium. 前記冷媒は、前記冷凍サイクルを構成する凝縮器の液溜めから抽出されることを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載のターボ圧縮機。   The turbo compressor according to claim 1, wherein the refrigerant is extracted from a reservoir of a condenser that constitutes the refrigeration cycle. 前記冷媒は、前記冷凍サイクルを構成する液冷媒冷却用サブクーラの出口から抽出されることを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載のターボ圧縮機。   The turbo compressor according to any one of claims 1 to 10, wherein the refrigerant is extracted from an outlet of a subcooler for cooling the liquid refrigerant constituting the refrigeration cycle. 前記冷媒は、前記冷凍サイクルを構成するエコノマイザの出口から抽出されることを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載のターボ圧縮機。   The turbo compressor according to any one of claims 1 to 10, wherein the refrigerant is extracted from an outlet of an economizer constituting the refrigeration cycle. 前記冷媒は、前記冷凍サイクルを構成する蒸発器の冷媒液溜めからポンプまたは高圧冷媒ガスを駆動源とするエダクタを介して抽出されることを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載のターボ圧縮機。   The said refrigerant | coolant is extracted from the refrigerant | coolant liquid reservoir of the evaporator which comprises the said refrigerating cycle through the pump or the eductor which uses a high pressure refrigerant gas as a drive source. Turbo compressor. 冷凍サイクルを構成するターボ圧縮機として、請求項1ないし14のいずれかに記載されたターボ圧縮機を備えたことを特徴とするターボ冷凍機。
A turbo refrigeration machine comprising the turbo compressor according to any one of claims 1 to 14 as a turbo compressor constituting a refrigeration cycle.
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