JPH0523761Y2

JPH0523761Y2 -

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Publication number: JPH0523761Y2
Application number: JP1990069456U
Authority: JP
Priority date: 1990-06-28
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2003-06-17
Also published as: JPH0317101U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は、ヘリウム液化用のヘリウムコンプレ
ツサ等として使用される遠心式羽根車装置に関す
るものである。

［従来の技術］気体を圧縮する装置は種々開発されているが、
特に高圧縮比を得たい場合や装置のコンパクト化
を図りたい場合等においては、例えば、気体を圧
縮するための圧縮用の遠心式羽根車と、駆動用の
遠心式羽根車とを共通の回転軸にそれぞれ装着し
ておき、前記駆動用の羽根車に高圧の駆動用気体
を吹き付けて前記回転軸を高速で回転させ前記圧
縮用の羽根車で所望の気体を圧縮するようにした
ものが用いられる。このような方式は、前述した
ヘリウムコンプレツサのみならず、いわゆるター
ボチヤージヤや燃焼ガスタービン等にも広く適用
されている。

［考案が解決しようとする課題］ところが、このような装置では、圧縮用の羽根
車における圧力条件と駆動用の羽根車における圧
力条件とを等しくすることが難かしいため、前記
回転軸に比較的大きなスラスト力が作用するとい
う不都合がある。特に、ヘイウムの液化に用いら
れるコンプレツサ等においては、回転軸を極低温
の下で20万〜30万rpm程度の高速で回転させるこ
とが要求されるため、該回転軸を支持する軸受と
しては、動圧基体軸受や磁気軸受等の非接触形の
軸受を採用せざるを得ないが、かかる非接触形の
軸受はころがり軸受等に比べて支持力がはるかに
弱いため、前記回転軸に大きなスラスト力が作用
する場合には、該回転軸を無理なく支持すること
が難しいという問題がある。従来、このような問
題に対しては、前記回転軸を支持するスラスト軸
受として、動圧気体軸受や磁気軸受と玉軸受とを
組み合わせたものを採用する等の工夫がなされて
いるが、いずれも、構造が複雑となり大形化を招
くという不都合がある。

本考案は、このような不都合を解消することを
目的としている。

［課題を解決するための手段］本考案は、以上のような目的を達成するため
に、次のような手段を講じたものである。

すなわち、本考案に係る遠心式羽根車装置は、
気体を圧縮するための圧縮用の遠心式羽根車と、
高圧の駆動用気体に付勢されて回転する駆動用の
遠心式羽根車とを共通の回転軸にそれぞれ装着
し、その回転軸を非接触形のジヤーナル軸受と非
接触形のスラスト軸受とを用いて支持するように
した羽根車装置において、前記圧縮用の遠心式羽
根車をハブの両面に羽根を設けてなる両吸込形の
ものにするとともに、前記駆動用の遠心式羽根車
とをハブの両面に羽根を設けてなる両吐出形のも
のにしたことを特徴とする。

［作用］このような構成によれば、圧縮用の遠心式羽根
車の両面に作用する圧力をバランスさせることに
より圧縮側独自で回転軸に作用するスラスト力を
零又は零に近い値に設定することができ、駆動用
の遠心式羽根車の両面に作用する圧力をバランス
させることにより駆動側独自で回転軸に作用する
スラスト力を零又は零に近い値にすることができ
る。そのため、圧縮側と駆動側とで圧力条件が大
きく相違している場合でも、回転軸に作用するス
ラスト力を無理なく消滅又は軽減することが可能
となる。しかして、回転軸に設けるスラスト軸受
は、完全に消滅さえることができなかつた残余の
スラスト力のみを負担すればよいことになり、非
接触形のものでも充分にその機能を発揮し得るこ
とになる。よつて、無理のない高速回転が可能と
なる。

なお、英国特許第1127684号明細書に示される
ように、回転軸の中間に羽根車を軸装した単一の
タービンを両吸込形にしたようなものは、従来か
ら知られている。しかしながら、圧縮用の遠心式
羽根車と、膨脹用の遠心式羽根車とを共通の回転
軸に装着してコンパクト化を図ろうとしたものに
おいては、圧縮用の羽根車で発生するスラスト力
と、膨脹用の羽根車で発生するスラスト力とを可
能な限り相殺させ得るように各部の寸法を設定
し、どうしても消滅させることができなかつたス
ラスト力を軸受により支持させるように設計する
のが常識である。そのため、仮に、単一の羽根車
を両吸込形にする技術が既に存在していても、前
述したような固定観念に縛られがちな当業者にと
つては、本考案の構成を案出することは容易なこ
とではない。

［実施例］以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明
する。

気体を圧縮するための圧縮用の遠心式羽根車１
と、高圧の駆動用気体に付勢されて回転する駆動
用の遠心式羽根車２とを共通の回転軸３に固着し
ている。圧縮用の羽根車１は、円板状のハブ４の
両面４ａ，４ｂに複数枚の羽根５，６をそれぞれ
うず巻形に突設した両吸込み形のもので、一面４
ａ側に設けた羽根６とは鏡対称の形状をなしてい
る。また、駆動用の羽根車２は、円板状のハブ７
の両面７ａ，７ｂに複数枚の羽根８，９をそれぞ
れうず巻形に突設した両吐出形のもので、一面７
ａ側に設けた羽根８と他面７ｂ側に設けた羽根９
とは鏡対称の形状をなしている。そして、前記回
転軸３を非接触形のジヤーナル軸受１１，１１と
非接触形のスラスト軸受１２，１２とによつて回
転自在に支持している。前記各軸受１１，１２と
しては、テイルテイングパツド軸受またはフオイ
ル軸受等の動圧気体軸受や磁気軸受等が採用され
ている。なお、１３は、前記圧縮用の羽根車１を
収容するケーシングであり、このケーシング１３
の両側壁には前記羽根車１の入口に連通する吸込
口１３ａ，１３ｂが設けてあるとともに、周壁に
は前記羽根車１の出口に連通する吐出口１３ｂが
設けてある。また、１４は、前記駆動用の羽根車
２を収容するケーシングであり、このケーシング
１４の周壁には前記羽根車２の入口に連通する流
入口１４ａが設けてあるとともに両側壁には前記
羽根車２の出口に連通する流出口１４ｂ，１４ｂ
が設けてある。

このような構成のものであれば、前記流入口１
４ｂを通してケーシング１４内に導入した高圧チ
ツソガス等の駆動用気体を駆動用の羽根車２に吹
付けることによつて、該羽根車２を回転軸３およ
び圧縮用の羽根車１と共に高速で回転させること
ができるので、この圧縮用の羽根車１を用いてヘ
リウムガス等の圧縮を行うことができるわけであ
るが、本考案では、前記圧縮用の羽根車１をハブ
４の両面４ａ，４ｂに羽根５，６を有した両吸込
み形のものにするとともに、駆動用の羽根車２を
ハブ７の両面７ａ，７ｂに羽根８，９を有した両
吐出形のものにしている。そのため、前記羽根
５，６を相互に等価な性能を発揮し得るようなも
のにしさえすれば、圧縮用の羽根車１から回転軸
３に作用するスラスト力を無くすことが可能であ
り、また、前記羽根８，９を相互に等価な性能を
発揮し得るようなものにしさえすれば、駆動用の
羽根車２から回転軸３に作用するスラスト力を無
くすことが可能である。そのため、この回転軸３
に設けるスラスト軸受１２，１２としては、単な
る位置決め用の小形なものを用いればよく、構成
が複雑で大形な軸受を採用する必要が全くないと
いう利点がある。しかも、このようなものであれ
ば、圧縮用の羽根車１と駆動用の羽根車２とをそ
れぞれ独自に設計しても回転軸３に作用するスラ
スト力を無くすことが可能であるため、例えば、
圧縮側の羽根車から回転軸に作用するスラスト力
と膨脹側の羽根車から回転軸に作用するスラスト
力とを釣り合わすことによつて、該回転軸に作用
する見かけ上のスラスト力を零に近づけるような
場合に比べて設計の簡略化を図ることができると
いう利点がある。

なお、前記実施例では、本考案をヘリウムコン
プレツサに適用した場合について説明したが、本
考案の適用対称は必ずしもこのようなものに限ら
れないのは勿論である。

［考案の効果］本考案は、以上のような構成であるから、圧縮
と駆動という異なつた作用を営む２種類の羽根車
を共通の回転軸に装着し、その回転軸を超高速回
転に耐え得るように非接触式のジヤーナル軸受と
非接触式のスラスト軸受とによつて支持するよう
にした装置に特有の問題点を、効果的に解消する
ことができるものである。

すなわち、従来、この種方式のものでは、前述
したように圧縮用の羽根車から回転軸に作用する
スラスト力と、駆動用の羽根車から回転軸に作用
するスラスト力とを釣り合わすように設計しよう
とするが、それが困難な場合には非接触形の軸受
のみでは回転軸の支持が不可能になり、接触形の
玉軸受等を併用するようにしている。そのため、
設計が難しくなつたり、構造が複雑化するという
問題がある。それに対して、本考案では、圧縮用
の羽根車及び駆動用の羽根車のそれぞれにおい
て、独自にスラスト力が発生しないようにした上
で、それらの羽根車を共通の回転軸に装着してい
るので、両羽根車からの力を釣り合わせる工夫が
必要になつて設計が難しくなるという不具合がな
い。すなわち、圧縮側と駆動側とで圧力条件が大
きく相違している場合でも、回転軸に作用するス
ラスト力を無理なく消滅又は軽減させることが可
能である。しかも、本考案によれば回転軸には大
きな偏位力が作用しなくなるため、非接触形のジ
ヤーナル軸受及びスラスト軸受を用いて高速で回
転する回転軸を無理なく支持することが可能とな
り、構造の複雑化による装置の大形化を有効に防
止することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の一実施例を示す断面図である。１……圧縮用の羽根車、２……駆動用の羽根
車、３……回転軸、４……ハブ、５，６……羽
根、７……ハブ、８，９……羽根。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

気体を圧縮するための圧縮用の遠心式羽根車
と、高圧の駆動用気体に付勢されて回転する駆動
用の遠心式羽根車とを共通の回転軸にそれぞれ装
着し、その回転軸を非接触形のジヤーナル軸受と
非接触形のスラスト軸受とを用いて支持するよう
にした羽根車装置において、前記圧縮用の遠心式
羽根車を、ハブの両面に羽根を設けてなる両吸込
形のものにするとともに、前記駆動用の遠心式羽
根車を、ハブの両面に羽根を設けてなる両吐出形
のものにしたことを特徴とする遠心式羽根車装
置。