JP5469978B2

JP5469978B2 - 遠心圧縮機

Info

Publication number: JP5469978B2
Application number: JP2009225908A
Authority: JP
Inventors: 健太鈴木; 真辺見; 光裕成田; 治雄三浦
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: JP2011074805A

Description

本発明は、ティルティングパッド式のジャーナル軸受を備えた遠心圧縮機に関する。

一般的に、軸受の摺動面には、ホワイトメタルなどの低融点合金が使用されている。近年、遠心圧縮機の効率向上のために回転速度の高速化の要求があるが、この要求に伴い、軸受の摺動面の温度は上昇するため、軸受が焼損する可能性は高まっており、遠心圧縮機の信頼性の低下を招いている。

従来のティルティングパッド式のジャーナル軸受では、パッドの円周方向前端で、摺動面に流れ込む潤滑油の温度は、回転数が増加するにつれて高くなる。これは、ひとつのパッドの摺動面の後端から流出する高温の潤滑油が、次のパッドの前端に流入するためであり、ホットオイルキャリーオーバーと呼ばれている。

この温められた油が回転軸との摺動面に流入することを抑制するため、特許文献１には、給油ノズルと一体化した越流規制部材設置により、温められた油が次のパッドに流入するのを防ぎ、次のパッドに直接給油する構造が開示されている。また、特許文献２には、パッドの摺動面の前端に配置されたスクレーパにより、パッドで温められた油が摺動面に流入するのを防ぐとともに、後端に配置されたスクレーパにより、温められた油が次のパッドへ流れるのを防ぐ構造が開示されている。

特開２００１−２００８４７号公報特開２００１−１３２７３７号公報

しかしながら、スクレーパ等を設置することは、軸との摩擦による損失の増大や、摩耗現象を引き起こす可能性がある。また、スクレーパを設置するには、高精度の位置決めが必要となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ホットオイルキャリーオーバーの影響を排除した遠心圧縮機を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、回転軸と、前記回転軸を支える軸受と、前記回転軸に取り付けられた羽根車と、前記回転軸の回転により気体を吸入する吸入口と、前記回転軸の回転により圧縮された前記気体を吐出する吐出口とを備えた遠心圧縮機であって、前記軸受は、複数個のパッドからなり、前記複数個のパッドのうち少なくとも１個は、前記パッドの前記回転軸と対向する面と反対の面から前記対向する面に向かって設けられた給油孔と、前記対向する面に設けられ、前記給油孔と連通し、前記パッドの幅方向の端部に向かうにつれて、前記パッドの後端部に傾斜した通油溝とを備える。さらに、前記通油溝の断面積は、前記パッドの幅方向の中心から端部に向かうにつれて小さくなるように形成される。さらに、前記通油溝は、曲線で形成される。さらに、前記通油溝は、前記パッドの前端部から前記パッドの中心部までの領域に形成される。さらに、前記通油溝の前記パッドの側面に設けられ、前記通油溝の断面積を小さくするチャンファ溝を備える。さらに、前記給油孔と前記通油溝とを備えたパッドは、前記回転軸から負荷がかかるパッドに設けられる。

本発明によれば、ホットオイルキャリーオーバーの影響を排除した遠心圧縮機を提供することが可能となる。

遠心圧縮機の断面図である。実施例１のティルティングパッド式のジャーナル軸受を示す図である。図２における油の流れを示す図である。図２における通油溝設置角度θによるＡ点での油膜温度を示す図である。実施例２を説明する図である。実施例３を説明する図である。実施例４を説明する図である。図７における油の流れを示す図である。実施例５を説明する図である。ロードビトイーンパッド式の軸受を示す図である。ロードオンパッド式の軸受を示す図である。

以下、実施例について、図面を用いて説明する。

図１は、遠心圧縮機を説明する図である。遠心圧縮機のケーシング３の中には、ジャーナル軸受４ａ，４ｂで支えられた回転軸６が収納されている。

回転軸６に取り付けられた羽根車７は、回転軸６の回転により吸入口１から吸い込まれた気体を圧縮し、吐出口２から吐出する。

ジャーナル軸受４ａ又は４ｂの少なくとも何れか一方には、回転軸６の周りに配置された複数のパッドと、この複数のパッドとを収容する軸受ハウジングを備えたティルティングパッド式のジャーナル軸受が使用されている。

図２〜図４は、実施例１を説明する図である。図２は、ティルティングパッド式のジャーナル軸受を示す図である。図３は、図２における油の流れを示す図である。図４は、図３における通油溝の設置角度θによるＡ点での油膜温度を示す図である。

図２に示すように、パッド８と回転軸６との摺動面の回転軸６の回転方向２０の前端部には、給油孔９と、給油孔９とパッド８の側面を連通する通油溝１０とが設けられている。通油溝１０は、パッド８の給油孔９から軸方向の外側に向かうにつれ、後端部に向かうように傾斜して形成されている。

図３を用いて、実施例１の油の流れを説明する。前のパッドで温められた油１１は、パッド８の前端部から回転軸６とパッド８との間の摺動面に流入する。給油された油１２は、給油孔９より通油溝１０へ流入する。給油された油１２の一部は、通油溝１０を通り、摺動面へ入り、それ以外はパッド８の側面から流出する。このパッド８の側面より流出する油の流れで、前パッドからの温められた油１１をパッド８の外へ押し出すことにより、前パッドで温められた油１１が摺動面に流入することを抑制する。

通油溝１０を直線で製作した場合、設置角度θの大きさとＡ点での油膜温度の関係を、図４を用いて説明する。実施例１では、通油溝１０は軸方向と角度θを付けて設置している。このため、従来の角度０°のものと比較すると前パッドで温められた油１１をパッドの外へ排除する量が多くなり、図２のＡ点での温度を低減していることが分かる。通油溝１０の設置角度θを１０°〜３０°とした場合に、最も効果が高いことが分かる。以上、実施例１では、回転軸６と、回転軸６を支える軸受と、回転軸６に取り付けられた羽根車７と、回転軸６の回転により気体を吸入する吸入口１と、回転軸６の回転により圧縮された気体を吐出する吐出口２とを備えた遠心圧縮機であって、軸受は、複数個のパッドから成り、複数個のパッドのうち少なくとも１個は、パッドの回転軸６と対向する面と反対の面から対向する面に向かって設けられた給油孔９と、対向する面に設けられ、給油孔９と連通し、パッドの幅方向の端部に向かうにつれて、パッドの後端部に傾斜した通油溝１０とを備える。

図５は、実施例２を説明する図である。通油溝１０をパッド８の軸方向の外側に向かうにつれ、幅を狭く形成する。即ち、通油溝１０の断面積は、パッド８の幅方向の中心から端部に向かうにつれて小さくなるように形成される。これにより、給油された油１２のロスを低減し、効率的に給油と前パッドで温められた油１１を排除することが可能となる。ティルティングパッド式のジャーナル軸受では、運転中に油膜の圧力が最も大きくなるのがパッド８の幅方向の中央部となり、パッド８の幅方向の中央部が焼損する可能性が最も高い。このため、上記した構造をとることにより、パッド８の幅方向の中央部の温度を低減し、摺動面積を大きくとれるようにしたものである。これにより、給油した油のロスを低減し、効率的に給油と前パッドからの温められた油１１を排除することが可能となる。

図６は、実施例３を説明する図である。実施例２と異なる点について説明する。通油溝１０の形状を曲線としている。通油溝１０の傾斜角度を、パッド８のパッド幅の中心から離れるにつれて、小さくなるよう設置する。また、通油溝１０の出口を狭くするために、パッド８の幅方向の末端部には、チャンファ溝１３を設けている。このチャンファ溝１３は、通油溝１０のパッド８の側面に設けられ、通油溝１０の断面積を小さくする。これにより、実施例２よりもさらに、給油した油のロスを低減し、効率的に給油と前パッドで温められた油１１を排除することが可能となる。

図７，図８は、実施例４を説明する図である。図７は、実施例４のティルティングパッド式のジャーナル軸受のパッドを示す図である。図８は、図７における油の流れを示す図である。

図７に示すように、給油孔９は、通油溝１０の中心からパッド８の後端部側に寄せて設けられている。この構造により、図８に示すように、給油孔９から給油された油１２は、回転軸６の回転方向と逆側に流れるため、前パッドで温められた油１１をパッドの外へ排除する効果が実施例１〜３と比較してさらに向上する。

図９は、実施例５を説明する図である。実施例５では、パッド８の後端部にも同様の構造を設置する。なお、前方通油溝１５と後方通油溝１７の角度は同じである必要はない。
後方給油孔１６は、前方給油孔１４と別に給油してもよい。図９には、前方給油孔１４と後方給油孔１６を連通させた構造を示す。実施例５では、回転軸６とパッド８との摺動部で、回転軸６とのせん断により温度の上昇した油をパッド８の後端部でも排除することにより、次のパッドへ流入される温められた油の量を低減することが可能となる。

なお、実施例１〜５のパッドの構造を遠心圧縮機に設けることは、先に示したように、通油溝１０，１５，１７内で旋回する流れを誘起するため、潤滑油の損失を増加させる懸念がある。これを避けるためには、ティルティングパッド式のジャーナル軸受の全てのパッドではなく、一部のパッドに実施例１〜５の何れかの構造を適用すればよい。図１０，図１１を用いて、この構造を用いた例について詳細に説明する。

図１０は、ロードビトイーンパッド式の軸受を示す図である。ロードビトイーンパッド式とは、図１０の荷重方向にはパッドが設けられておらず、回転軸６からの負荷が主に２つのパッド１８にかかる方式である。図８において、このパッド１８に、実施例１〜５の何れかの構造のパッドを使用する。

図１１は、ロードオンパッド式の軸受を示す図である。ロードオンパッド式とは、図１０の荷重方向にパッドが設けられており、図１１に示すように回転軸６からの負荷が主に３個のパッド（１８が１個、１９が２個）にかかる方式である。図１１において、このパッド１８に、実施例１〜５の何れかの構造のパッド１８を使用する。

以上、実施例１〜５のパッドをジャーナル軸受４ａ又は４ｂの少なくとも何れか一方に使用することにより、回転軸とパッドとで形成された摺動面の温度が低減されるため、回転軸の回転速度を高速化することが可能となる。このため、吐出圧力が上がり、高効率の遠心圧縮機を提供することが可能となる。

実施例１〜５によれば、ホットオイルキャリーオーバーの影響を排除した遠心圧縮機を提供することが可能となる。

なお、ティルティングパッド式のジャーナル軸受は、軸受摺動面の温度が問題となる高速，高荷重の回転軸を支える他の回転機械に使用してもよい。

１吸入口
２吐出口
３ケーシング
４ジャーナル軸受
５スラスト軸受
６回転軸
７羽根車
８，１８，１９パッド
９給油孔
１０通油溝
１１前パッドで温められた油
１２給油された油
１３チャンファ溝
１４前方給油孔
１５前方通油溝
１６後方給油孔
１７後方通油溝
２０回転方向

Claims

回転軸と、前記回転軸を支える軸受と、前記回転軸に取り付けられた羽根車と、前記回転軸の回転により気体を吸入する吸入口と、前記回転軸の回転により圧縮された前記気体を吐出する吐出口とを備えた遠心圧縮機であって、
前記軸受は、複数個のパッドからなり、
前記複数個のパッドのうち少なくとも１個は、
前記パッドの前記回転軸と対向する面と反対の面から前記対向する面に向かって設けられた給油孔と、
前記対向する面に設けられ、前記給油孔と連通し、前記パッドの幅方向の端部に向かうにつれて、前記パッドの後端部に傾斜した通油溝とを備え、
前記通油溝の断面積は、前記パッドの幅方向の中心から端部に向かうにつれて小さくなるように形成されたことを特徴とする遠心圧縮機。
請求項１に記載の遠心圧縮機であって、
前記通油溝は、曲線で形成されたことを特徴とする遠心圧縮機。
請求項１に記載の遠心圧縮機であって、
前記通油溝は、前記パッドの前端部から前記パッドの中心部までの領域に形成されたことを特徴とする遠心圧縮機。
請求項１に記載の遠心圧縮機であって、
前記通油溝の前記パッドの側面に設けられ、前記通油溝の断面積を小さくするチャンファ溝を備えたことを特徴とする遠心圧縮機。
請求項１に記載の遠心圧縮機であって、
前記給油孔と前記通油溝とを備えたパッドは、前記回転軸から負荷がかかるパッドに設けられたことを特徴とする遠心圧縮機。