JPH1113696A - ターボ機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転軸の熱膨張に起因する焼付きをなくして
信頼性を向上させる。 【解決手段】 羽根車（１５）とラビリンスシール部
（４５）との間のプレート室（３９）にバイパス管（４
７）を接続する。羽根車（１５）の回転により昇圧され
て吐出される気体の一部をバイパス管（４７）を通過す
る過程で放熱フィン（４９）の放熱作用により冷却する
とともに降温減圧してプレート室（３９）に導入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ圧縮機等の
ターボ機械の改良に関し、特に回転軸の焼付き防止対策
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、例えばターボ機械としてのター
ボ圧縮機では、気体を昇圧するための羽根車は、軸受に
回転自在に支持された回転軸に連結され、回転軸の回転
力が伝達されることにより高速回転するものであり、回
転軸の大半は低圧ドーム構造のモータ室に配置されてい
る（特開平８−３１２５８２号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の如き
ターボ圧縮機等のターボ機械では、回転軸の回転軸心周
りにラビリンスシール部等のシール部が設けられ、羽根
車による昇圧気体がモータ室との差圧により該モータ室
に過大に流入しないようにしている。

【０００４】しかし、回転軸が上記昇圧気体の熱影響を
受けて昇温し、このため、回転軸が熱膨張して軸受部や
シール部でクリアランス変化が増大し、焼付きが生じて
信頼性が低下するおそれがある。

【０００５】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、回転軸の熱膨張に起因
する焼付きをなくして信頼性を向上させることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、羽根車とシール部との間における回転軸
周りを強制的に冷却するようにしたことを特徴とする。

【０００７】具体的には、本発明は、図１に示すよう
に、一端に羽根車（１５）が設けられ、他端側が低圧ド
ーム構造のモータ室（１１）に配置された回転軸（１
３）を回転させ、上記羽根車（１５）の回転により吸入
気体を昇圧して吐出するターボ機械を対象とし、次のよ
うな解決手段を講じた。

【０００８】すなわち、本発明の第１の解決手段は、上
記回転軸（１３）の回転軸心周りに羽根車（１５）によ
る昇圧気体のシール部（４５）を設ける。さらに、上記
羽根車（１５）とシール部（４５）との間に昇圧気体が
流入する空間（３９）を設ける。また、吐出された昇圧
気体の一部を降温減圧して導入するバイパス管（４７）
を上記空間（３９）に接続したことを特徴とする。

【０００９】上記の構成により、本発明の第１の解決手
段では、羽根車（１５）の回転により昇圧されて吐出さ
れる気体の一部がバイパス管（４７）を通過することで
降温減圧され、この降温減圧された気体が羽根車（１
５）とシール部（４５）との間の空間（３９）に導入さ
れることから、回転軸（１３）の温度上昇が抑制されて
回転軸（１３）の熱膨張が抑制され、軸受部（動圧型ス
ラスト気体軸受（４３）及び動圧型ジャーナル気体軸受
（３７））やシール部（ラビリンスシール部（４５））
でクリアランスが大きく変化せず、焼付きの発生がなく
信頼性が向上する。

【００１０】本発明の第２の解決手段は、第１の解決手
段において、バイパス管（４７）に放熱フィン（４９）
を設けたことを特徴とする。

【００１１】上記の構成により、本発明の第２の解決手
段では、羽根車（１５）の回転により昇圧されて吐出さ
れる気体の一部が、バイパス管（４７）を通過して降温
減圧されるとともに、放熱フィン（４９）により効果的
に熱を奪われて冷却され、第１の解決手段の作用効果が
確実なものとなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施形態に係るターボ機
械としてのターボ圧縮機を示す。同図において、（１）
はドーム形のケーシングであって、該ケーシング（１）
は一端（図１左端）が開口した有底筒状のケーシング本
体（３）と、該ケーシング本体（３）の開口を覆う閉塞
部材（５）とで密閉構造に形成されている。上記ケーシ
ング（１）の内部には静止側スラスト軸受（７）が上記
閉塞部材（５）に接近して配置され、この閉塞部材
（５）と静止側スラスト軸受（７）との間には、複数枚
の羽根（１５ａ）を有する略円錐台形状の羽根車（イン
ペラ）（１５）が配置されている。また、羽根車（１
５）外周（インペラ出口）にはディフューザ空間（９）
及びスクロール空間（１７）が形成されている。

【００１４】上記ケーシング（１）の央部には回転軸
（１３）が回転自在に配置され、該回転軸（１３）の一
端（図１左端）には上記羽根車（１５）が回転一体に取
り付けられ、羽根車（１５）と閉塞部材（５）との間に
僅かなクリアランスが設けられている。また、上記閉塞
部材（５）の央部には、気体を吸入するための吸入管
（１９）が上記羽根車（１５）に対応して接続されてい
るとともに、ケーシング本体（３）の開口側には、昇圧
気体を吐出するための吐出管（２１）が上記スクロール
空間（１７）に連通するように接続されている。

【００１５】上記回転軸（１３）の他端側（図１右端）
は、低温低圧雰囲気の低圧ドーム構造のモータ室（１
１）に配置されている。つまり、上記ケーシング本体
（３）の周壁中程には導入管（５３）がモータ室（１
１）に連通するように接続され、昇圧前の低温低圧の気
体を導入管（５３）を経てモータ室（１１）に導入して
内部を低温低圧雰囲気の低圧ドーム構造としている。ま
た、上記ケーシング本体（３）の底壁には導出管（５
５）が接続されているとともに、後述する第２静止側ジ
ャーナル軸受（３３）には導出孔（３３ａ）が形成さ
れ、上記導出管（５５）が導出孔（３３ａ）を介してモ
ータ室（１１）に連通するようになっている。この導出
管（５５）は上記吸入管（１９）に配管（５７）によっ
て接続され、モータ室（１１）から導出される低温低圧
の気体を羽根車（１５）入口に導いて吸入使用するよう
になっている。また、上記モータ室（１１）には、ロー
タ（２３）とステータ（２５）とからなるモータ（２
７）が配置され、該モータ（２７）のロータ（２３）は
上記回転軸（１３）の中途部に固定され、一方、ステー
タ（２５）はケーシング本体（３）内周に装着された周
壁部材（２９）に上記ロータ（２３）と向かい合うよう
に固定されている。

【００１６】上記静止側スラスト軸受（７）のモータ室
（１１）側には、第１静止側ジャーナル軸受（３１）
が、反対側には第２静止側ジャーナル軸受（３３）がそ
れぞれ固定され、これら第１及び第２静止側ジャーナル
軸受（３１），（３３）と上記周壁部材（２９）とによ
ってハウジングが構成され、このハウジング内部をモー
タ室（１１）としている。一方、上記回転軸（１３）の
第１及び第２静止側ジャーナル軸受（３１），（３３）
側の周面には、複数のヘリングボーングルーブ（３５）
が上記第１及び第２静止側ジャーナル軸受（３１），
（３３）に向かい合うようにそれぞれ形成され、両者間
の僅かなクリアランスに生成された気体圧力による気体
膜により回転軸（１３）を非接触状態で回転自在に支持
する動圧型ジャーナル気体軸受（３７）を構成してい
る。

【００１７】上記静止側スラスト軸受（７）と第１静止
側ジャーナル軸受（３１）との間には空間としてのプレ
ート室（３９）が形成され、該プレート室（３９）には
スラスト円板からなる回転側スラスト軸受（４１）が上
記回転軸（１３）に外側方に張り出すように嵌着されて
配置されている。つまり、このプレート室（３９）は、
上記羽根車（１５）と後述するラビリンスシール部（４
５）との間に配置され、羽根車（１５）の回転により昇
圧した昇圧気体が流入する空間である。

【００１８】上記静止側スラスト軸受（７）は回転側ス
ラスト軸受（４１）よりも羽根車（１５）寄りに配置さ
れ、回転側スラスト軸受（４１）と対峙している。ま
た、該回転側スラスト軸受（４１）の静止側スラスト軸
受（７）側の面にはスパイラルグルーブ（図示せず）が
形成され、静止側スラスト軸受（７）との間の僅かなク
リアランスに生成された気体圧力による気体膜により回
転軸（１３）のスラスト荷重を非接触状態で回転自在に
する動圧型スラスト気体軸受（４３）を構成し、この動
圧型スラスト気体軸受（４３）は、動圧型ジャーナル気
体軸受（３７）よりも羽根車（１５）寄りに配置されて
いる。そして、上記回転軸（１３）を動圧型スラスト気
体軸受（４３）及び動圧型ジャーナル気体軸受（３７）
によって回転自在に支持している。

【００１９】上記回転側スラスト軸受（４１）と動圧型
ジャーナル気体軸受（３７）との間における回転軸（１
３）周りには、上記羽根車（１５）による昇圧気体のラ
ビリンスシール部（４５）が設けられている。

【００２０】本発明の特徴として、上記プレート室（３
９）には、キャピラリチューブの如き狭い通路を有する
バイパス管（４７）の一端が接続され、該バイパス管
（４７）の他端は上記吐出管（２１）に接続され、上記
スクロール空間（１７）から吐出管（２１）に吐出され
た高温高圧の昇圧気体の一部をバイパス管（４７）に流
入させて降温減圧しプレート室（３９）に導入するよう
になっている。また、このバイパス管（４７）の吐出管
（２１）寄り上流側には、放熱フィン（４９）が取り付
けられ、上記バイパス管（４７）に導入された高温高圧
の昇圧気体から上記放熱フィン（４９）の放熱作用によ
り熱を奪い、さらに降温減圧してプレート室（３７）に
導入し、回転側スラスト軸受（４１）を冷却するように
なっている。なお、ラビリンスシール部（４５）の流量
は、プレート室（３９）とモータ室（１１）との差圧
と、ラビリンスシール部（４５）のクリアランス（漏れ
面積）とによって決定されるので、バイパス管（４７）
をプレート室（３９）に適正な流量でバイパスしている
限り、低圧空間であるモータ室（１１）への気体漏れを
増加しないようにすることができる。

【００２１】そして、上述の如く構成されたターボ圧縮
機は、例えば空調機の冷媒回路等に使用される。つま
り、冷媒ガス等の気体を羽根車（１５）の回転により吸
入管（１９）から吸入して昇圧し、昇圧気体をディフュ
ーザ空間（９）及びスクロール空間（１７）を経て吐出
管（２１）から吐出するようになっている。

【００２２】この間、昇圧前の低温低圧の気体が導入管
（５３）からモータ室（１１）に導入され、導出管（５
５）及び配管（５７）を経て吸入管（１９）に還流され
る。

【００２３】また、吐出管（２１）から吐出される高温
高圧の昇圧気体の一部がバイパス管（４７）に流入し、
放熱フィン（４９）を通過する過程でその放熱作用によ
り熱を奪われて冷却され、さらに降温減圧されてプレー
ト室（３７）に導入され、これにより、回転側スラスト
軸受（４１）が冷却される。したがって、回転軸（１
３）が羽根車（１５）外周（インペラ出口）より流入す
る気体によって温度上昇しようとするのを抑制できて回
転軸（１３）の熱膨張を抑制でき、動圧型スラスト気体
軸受（４３）、動圧型ジャーナル気体軸受（３７）及び
ラビリンスシール部（４５）等の箇所において、回転軸
（１３）の熱膨張に起因するクリアランス変化を減少さ
せ、焼付きのない信頼性の高いターボ圧縮機とすること
ができる。

【００２４】図２は本発明の変形例を示す。この変形例
では、バイパス管（４７）に放熱フィン（４９）を取り
付けておらず、バイパス管（４７）自体の放熱のみによ
って冷却するようにしたものであり、さらに、バイパス
管（４７）に降温減圧を行う絞り機構として絞りノズル
（５１）を設けたものである。そのほかは、上記の実施
形態と同じであるので、同一の構成の箇所には同一の符
号を付してその詳細な説明を省略する。

【００２５】この変形例では、吐出管（２１）から吐出
される高温高圧の昇圧気体の一部がバイパス管（４７）
に流入して放熱により冷却され、絞りノズル（５１）を
通過することで降温減圧されてプレート室（３９）に導
入される。したがって、上記の実施形態と同様に、回転
軸（１３）の熱膨張を抑制でき、回転軸（１３）の熱膨
張に起因する動圧型スラスト気体軸受（４３）、動圧型
ジャーナル気体軸受（３７）及びラビリンスシール部
（４５）のクリアランス変化を減少することができ、焼
付きのない信頼性の高いターボ圧縮機とすることができ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
羽根車（１５）とシール部（４５）との間の空間（３
９）にバイパス管（４７）を接続し、羽根車（１５）の
回転により昇圧されて吐出される気体の一部を上記バイ
パス管（４７）を通過する過程で降温減圧して上記空間
（３９）に導入したので、回転軸（１３）の熱膨張を抑
制して軸受部（動圧型スラスト気体軸受（４３）及び動
圧型ジャーナル気体軸受（３７））やシール部（ラビリ
ンスシール部（４５））でクリアランス変化を減少さ
せ、焼付きのない信頼性の高いターボ機械とすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るターボ圧縮機の断面
図である。

【図２】バイパス管部分の変形例を示す図である。

【符号の説明】

（１１） モータ室 （１３） 回転軸 （１５） 羽根車 （３９） プレート室（空間） （４５） ラビリンスシール部 （４７） バイパス管 （４９） 放熱フィン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端に羽根車（１５）が設けられ、他端
   側が低圧ドーム構造のモータ室（１１）に配置された回
   転軸（１３）を回転させ、上記羽根車（１５）の回転に
   より吸入気体を昇圧して吐出するターボ機械であって、 上記回転軸（１３）の回転軸心周りには、羽根車（１
   ５）による昇圧気体のシール部（４５）が設けられ、 上記羽根車（１５）とシール部（４５）との間には、昇
   圧気体が流入する空間（３９）が設けられ、 該空間（３９）には、吐出された昇圧気体の一部を降温
   減圧して導入するバイパス管（４７）が接続されている
   ことを特徴とするターボ機械。
2. 【請求項２】 請求項１記載のターボ機械において、 バイパス管（４７）には、放熱フィン（４９）が設けら
   れていることを特徴とするターボ機械。