WO2018087808A1 - 回転機械 - Google Patents
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Definitions
- This invention relates to a rotating machine.
- a rotating machine includes a rotating shaft and an impeller fixed to the rotating shaft.
- Patent Document 1 describes a turbine apparatus equipped with an impeller formed of a low-strength material.
- the present invention provides a rotating machine capable of suppressing vibration of a rotating shaft regardless of an impeller and a radial bearing.
- a rotating machine includes a rotating shaft that rotates around a central axis by a rotational driving force input from the outside, and a pair of radial bearings that rotatably support the rotating shaft around the central axis
- a thrust bearing that restrains movement of the rotary shaft in the central axis direction, an impeller that is fixed to the rotary shaft at a position spaced from the radial bearing in the central axis direction, and rotates integrally with the rotary shaft;
- the rotation is performed so as to move the position of the amplitude increasing region that is fixed to the rotating shaft at a position spaced in the central axis direction with respect to the radial bearing and the impeller, and the amplitude in the radial direction of the rotating shaft starts to increase.
- An additional mass that applies a load to the shaft over the entire circumference.
- the position of the amplitude increasing region of the rotating shaft can be moved by the additional mass.
- the radial load from the rotating shaft on the radial bearing is increased, and the rotating shaft can be supported by the radial bearing so as to effectively suppress the vibration of the rotating shaft.
- a rotating machine according to a second aspect of the present invention is the rotating machine according to the first aspect, wherein the impeller is fixed to the rotating shaft outside the pair of radial bearings in the central axis direction, and the additional mass is You may fix to the said rotating shaft between the said impeller and the said radial bearing in a center axis direction.
- the impeller is provided at the end of the rotating shaft that protrudes outside the pair of radial bearings, the impeller is likely to vibrate.
- the amplitude increasing region of the rotating shaft moves in the vicinity of the radial bearing or inward in the central axis direction from the radial bearing.
- the vicinity of the amplitude increasing region of the rotating shaft can be effectively suppressed by the radial bearing.
- the additional mass in the rotating machine according to the third aspect of the present invention, includes an outer peripheral surface of the rotating shaft and a fixed base, and an outer side in the radial direction with respect to the base.
- a weight portion provided on the base portion, and a connection portion connecting the base portion and the weight portion, and the base portion from a central portion in the central axis direction on an inner peripheral surface in contact with an outer peripheral surface of the rotating shaft.
- An axial position may be formed at a position overlapping the inner circumferential groove.
- the centrifugal force generated by the weight portion is transmitted to the base portion via the connection portion.
- a load is generated on the base portion so that the inner peripheral groove swells, and the contact portion is pressed against the rotating shaft.
- the frictional force generated between the contact portion and the rotating shaft increases, and the additional mass is firmly fixed to the rotating shaft.
- the connecting portion may be formed such that a position in the central axis direction is separated from the pair of contact portions.
- the connecting portion may have a shorter length in the central axis direction than the weight portion.
- the centrifugal force generated by the weight portion is intensively transmitted to the base portion via the connection portion. Therefore, the contact portion can be pressed against the outer peripheral surface of the rotating shaft by effectively utilizing the centrifugal force generated by the weight portion.
- the rotary machine transmits a drive gear rotated by a drive source and the rotation of the drive gear.
- a driven gear fixed to the rotating shaft, and the driven gear may be arranged on the inner side in the central axis direction than the pair of radial bearings.
- a rotating machine according to a seventh aspect of the present invention is the rotating machine according to any one of the first to fifth aspects, wherein the rotating machine has a plurality of impellers on the inner side in the central axis direction than the pair of radial bearings. It may be a single-shaft multistage centrifugal compressor arranged.
- vibration of the rotating shaft can be suppressed regardless of the impeller and the radial bearing.
- the rotating machine of the present embodiment is a geared compressor 100.
- the geared compressor 100 includes a casing 101 (see FIG. 2), a radial bearing 102, a rotating shaft 103, an impeller 104 (see FIG. 1), a pinion gear 105, a driving gear 106, a thrust bearing 107, an additional mass. 150.
- a central axis direction Da The radial direction of the rotating shaft 103 with respect to the central axis C is simply referred to as a radial direction Dr.
- a direction around the rotation axis 103 with the center axis C as the center is a circumferential direction Dc.
- the casing 101 (see FIG. 2) forms the outer shell of the geared compressor 100.
- a pair of radial bearings 102 are provided in the casing 101 at intervals in the central axis direction Da of the rotating shaft 103.
- the radial bearing 102 supports the rotary shaft 103 so as to be rotatable around the central axis C. That is, the radial bearing 102 supports a load acting in the radial direction Dr with respect to the rotating shaft.
- the radial bearing 102 is held by a bearing holding portion 101 h formed integrally with the casing 101.
- the rotary shaft 103 is rotatable around the central axis C by a rotational driving force input from the outside.
- the rotating shaft 103 is supported by a pair of radial bearings 102 so as to be rotatable around a central axis C thereof.
- the rotating shaft 103 has both end portions 103 a and 103 b projecting on both sides in the central axis direction Da from the pair of radial bearings 102.
- a pinion gear (driven gear) 105 is fixed to the rotary shaft 103 between a pair of radial bearings 102. That is, the pinion gear 105 is disposed inside the central axis direction Da with respect to the pair of radial bearings 102. The pinion gear 105 meshes with the drive gear 106. Therefore, the rotation of the drive gear 106 is transmitted to the pinion gear 105.
- the drive gear 106 is rotationally driven by an external drive source.
- the drive gear 106 is set to have a larger outer diameter than the pinion gear 105. Therefore, the rotational speed of the rotary shaft 103 having the pinion gear 105 is larger than the rotational speed of the drive gear 106.
- the pinion gear 105 and the driving gear 106 constitute a speed increasing transmission unit 120 that increases the speed of the driving gear 106 by an external driving source through the pinion gear 105 and transmits the speed to the rotating shaft 103. Has been.
- the rotary shaft 103 is provided with a thrust bearing 107 at a position separated from the pinion gear 105 in the central axis direction Da.
- the thrust bearing 107 is disposed inside the central axis direction Da with respect to the pair of radial bearings 102.
- the thrust bearing 107 supports a load acting in the central axis direction Da with respect to the rotary shaft 103 via a disk-shaped thrust collar 108 protruding outside the radial direction Dr of the rotary shaft 103. Therefore, the thrust bearing 107 restrains the movement of the rotation shaft 103 in the central axis direction Da.
- the impeller 104 is fixed to the rotary shaft 103 at a position separated from the radial bearing 102 in the central axis direction Da.
- the impeller 104 rotates integrally with the rotation shaft 103.
- the impeller 104 of this embodiment is fixed to the rotating shaft 103 outside the pair of radial bearings 102 in the central axis direction Da.
- the impeller 104 is provided at both end portions 103 a and 103 b of the rotating shaft 103.
- Each impeller 104 is an impeller having a plurality of blades in the circumferential direction Dc.
- the casing 101 is provided outside the radial direction Dr of each impeller 104 so as to cover the impeller 104 with its inner peripheral surface facing each other.
- the casing 101 communicates with the outside, and an intake passage (not shown) for taking air as a working fluid into the inside, and a spiral exhaust passage formed outside the radial direction Dr of the impeller 104. (Not shown).
- the impeller 104 rotates integrally with the rotary shaft 103 to send air taken from an intake passage (not shown) inside the radial direction Dr to an exhaust passage (not shown) outside the radial direction Dr. Through this exhaust passage (not shown), high-pressure air is supplied to an external device (not shown) for various uses.
- the geared compressor 100 constitutes a pair of centrifugal compression units 130 disposed on both sides of the speed increasing transmission unit 120.
- the pair of centrifugal compression units 130 are arranged on the second side with the first-stage centrifugal compression unit 130 ⁇ / b> A disposed on the first side with the speed increase transmission unit 120 interposed therebetween, and the speed increase transmission unit 120.
- a second-stage centrifugal compressor 130B That is, the geared compressor 100 is configured as a single-shaft two-stage compressor.
- the fluid compressed by the first-stage centrifugal compressor 130A subsequently flows into the second-stage centrifugal compressor 130B.
- this fluid is further compressed to become a high-pressure fluid.
- a gas seal member 113 is provided in the casing 101 between the centrifugal compression unit 130 and the speed increase transmission unit 120. Specifically, the gas seal member 113 is disposed between the impeller 104 and the radial bearing 102 in the central axis direction Da.
- the gas seal member 113 has an annular shape and is fixed to the inner peripheral surface of the casing 101.
- a labyrinth seal portion 113 s is formed on the inner peripheral surface of the gas seal member 113. The labyrinth seal portion 113s is in sliding contact with the outer peripheral surface of the rotating shaft 103, thereby reducing air leakage from the centrifugal compression portion 130 side to the speed increasing transmission portion 120 side.
- the additional mass 150 is fixed to the rotary shaft 103 at a position separated from the radial bearing 102, the impeller 104, and the thrust bearing 107 in the central axis direction Da.
- the additional mass 150 applies a load to the rotation shaft 103 over the entire circumference.
- the additional mass 150 has a mass capable of moving the position of the amplitude increasing region where the amplitude of the rotating shaft 103 in the radial direction Dr begins to increase.
- the mass of the additional mass 150 is determined according to the mass of the rotating shaft 103 and the impeller 104 and the arrangement of the impeller 104 with respect to the rotating shaft 103.
- the amplitude increasing region is a region that becomes a base point when the amplitude in the radial direction Dr increases on the rotating shaft 103 in a quadratic curve shape.
- a pair of additional masses 150 are provided outside the pair of radial bearings 102 in the central axis direction Da.
- the additional mass 150 is provided between the radial bearing 102 and the impeller 104.
- the additional mass 150 is provided at a position closer to the radial bearing 102 than the impeller 104 in the central axis direction Da with respect to the rotation shaft 103 provided with the impeller 104 at the end portion 103a.
- the additional mass 150 is disposed between the radial bearing 102 and the gas seal member 113. Thereby, the additional mass 150 moves the position of the amplitude increasing region of the rotating shaft 103 to the inside of the central axis direction Da with respect to the position where the pair of radial bearings 102 are provided.
- the additional mass 150 has a cylindrical shape as a whole.
- the additional mass 150 is fixed in a state where the rotation shaft 103 is inserted inside.
- the additional mass 150 uniformly applies a load to the rotation shaft 103 over the entire circumference.
- the additional mass 150 connects the base portion 151 to which the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the rotation shaft 103 are fixed, the weight portion 152 disposed outside the radial direction Dr of the base portion 151, and the base portion 151 and the weight portion 152. And a connecting portion 153.
- the base 151 has a cylindrical shape extending in the central axis direction Da of the rotation shaft 103.
- the base 151 includes an inner circumferential groove 154 that is recessed from the inner circumferential surface toward the outside in the radial direction Dr, and a pair of contact portions 155 that are in contact with the outer circumferential surface of the rotating shaft 103.
- the inner circumferential groove 154 is recessed outside the radial direction Dr at the central portion in the central axial direction Da on the inner circumferential surface.
- the inner circumferential groove 154 is formed continuously in the circumferential direction Dc over the entire circumference of the inner circumferential surface.
- the inner circumferential groove 154 is formed only in the central portion in the central axis direction Da on the inner circumferential surface of the base portion 151.
- the contact portion 155 forms the inner peripheral surface of the base portion 151.
- the contact portion 155 is formed on both sides of the inner circumferential groove 154 in the central axis direction Da. With the contact portion 155, the base portion 151 is shrink-fitted over the entire circumference with respect to the outer peripheral surface of the rotating shaft 103.
- the rotating shaft 103 is formed with a diameter-enlarged portion 103k that is expanded outward in the radial direction Dr in a region facing the inner circumferential groove 154 and the contact portions 155 on both sides thereof.
- the enlarged diameter portion 103 k is press-fitted inside the contact portion 155, so that the contact portion 155 is fixed to the outer peripheral surface of the rotating shaft 103.
- the contact portion 155 of the present embodiment includes a first contact portion 155a on the impeller 104 side in the central axis direction Da (outside of the central axis direction Da) and a radial bearing 102 side in the central axis direction Da (inside of the central axis direction Da).
- the second contact portion 155b includes a first contact portion 155a on the impeller 104 side in the central axis direction Da (outside of the central axis direction Da) and a radial bearing 102 side in the central axis direction Da (inside of the central axis direction Da).
- the base portion 151 is integrally formed with an inner peripheral flange portion 156 that protrudes inward in the radial direction Dr from the first contact portion 155a at the end portion on the impeller 104 side.
- the inner peripheral flange portion 156 constrains the movement of the additional mass 150 toward the radial bearing 102 in the central axis direction Da by abutting against the enlarged diameter portion 103k of the rotary shaft 103 from the central axis direction Da.
- the weight portion 152 is formed outside the radial direction Dr with respect to the inner circumferential groove 154 of the base portion 151 and the contact portions 155 on both sides thereof.
- the weight portion 152 has a cylindrical shape extending in the central axis direction Da of the rotation shaft 103.
- the weight portion 152 has a larger mass than the base portion 151.
- the weight portion 152 is formed to have a longer length in the radial direction Dr than the base portion 151.
- the weight 152 has a shorter length in the central axis direction Da than the base 151.
- the weight portion 152 is disposed at a position where the center Wc in the central axis direction Da overlaps the center Mc in the central axis direction Da of the inner circumferential groove 154.
- a seal member 114 fixed to the inner peripheral surface of the casing 101 is provided outside the weight portion 152 in the radial direction Dr.
- the seal member 114 has a labyrinth seal portion 114 s on its inner peripheral surface, and the labyrinth seal portion 114 s is in sliding contact with the outer peripheral surface of the weight portion 152.
- the connection part 153 has a smaller mass than the base part 151 and the weight part 152.
- the connecting portion 153 is formed to be shorter in the radial direction Dr than the base portion 151 and the weight portion 152.
- the connecting portion 153 is formed to have a shorter length in the central axis direction Da than the base portion 151 and the weight portion 152.
- the length of the connecting portion 153 in the central axis direction Da is shorter than the length of the inner circumferential groove 154 in the central axis direction Da.
- the connecting portion 153 is formed at a position where the position in the central axis direction Da overlaps with the inner circumferential groove 154.
- the connecting portion 153 is formed at a position separated from the first contact portion 155a and the second contact portion 155b. That is, the connecting portion 153 is disposed so as to be sandwiched between the first contact portion 155a and the second contact portion 155b in the central axis direction Da.
- the connecting portion 153 of the present embodiment is disposed at a position along the center Wc of the weight portion 152 and the center Mc of the inner circumferential groove 154.
- the connecting portion 153 is formed by continuously forming slits 157 that are recessed from the side surfaces 152s on both sides of the weight portion 152 in the central axis direction Da inwardly in the central axis direction Da over the entire circumference in the circumferential direction Dc.
- the position of the amplitude increasing region of the rotating shaft 103 is moved by the additional mass 150 near the position where the radial bearing 102 is disposed. Therefore, the amplitude of the rotating shaft 103 at the position where the radial bearing 102 is disposed increases. Thereby, the load in the radial direction Dr from the rotating shaft 103 on the radial bearing 102 is increased, and the rotating shaft 103 can be supported by the radial bearing 102 so as to effectively suppress the vibration of the rotating shaft 103. Therefore, even if the position of the radial bearing 102 and the position of the impeller 104 are fixed, vibration of the rotating shaft 103 is suppressed. Thereby, the vibration of the rotating shaft 103 can be suppressed regardless of the radial bearing 102 and the impeller 104.
- the impeller 104 is provided at the end portion of the rotating shaft 103 that protrudes outside the pair of radial bearings 102, the vibration of the rotating shaft 103 on the outer side in the central axis direction Da becomes larger than the radial bearing 102.
- the additional mass 150 is provided on the radial bearing 102 side with respect to the end portion 103a of the rotating shaft 103 provided with the impeller 104. For this reason, the additional mass 150 moves the amplitude increasing region of the rotating shaft 103 in the vicinity of the radial bearing 102 or inward of the radial bearing 102 in the central axis direction Da.
- the vicinity of the amplitude increase region of the rotating shaft 103 can be effectively suppressed by the radial bearing 102.
- the vibration of the rotating shaft 103 can be effectively suppressed.
- the additional mass 150 connects the base portion 151 and the weight portion 152 by a connecting portion 153 extending in the radial direction. Therefore, when the additional mass 150 rotates integrally with the rotating shaft 103, the centrifugal force F generated by the weight portion 152 is transmitted to the base portion 151 via the connection portion 153.
- the connecting portion 153 is disposed on the center Wc of the weight portion 152 and the center Mc of the inner circumferential groove 154. Therefore, the centrifugal force F acting on the weight portion 152 transmitted to the base portion 151 acts near the center Mc of the inner peripheral groove 154, and the vicinity of the central portion of the base portion 151 in the central axial direction Da is pulled outward in the radial direction Dr. It is done.
- the position of the connecting portion 153 in the central axis direction Da is separated from each of the first contact portion 155a and the second contact portion 155b. Therefore, it is possible to suppress the centrifugal force F generated by the weight part 152 from being partially pressed by the rotating shaft 103 only on one side of the first contact part 155a and the second contact part 155b. Accordingly, it is possible to prevent the fixing force of the first contact portion 155a and the second contact portion 155b on both sides of the inner circumferential groove 154 in the central axis direction Da from being varied.
- the connecting portion 153 has a width in the central axis direction Da smaller than that of the weight portion 152. According to such a configuration, the centrifugal force F generated by the weight portion 152 is intensively transmitted to the region connected to the connection portion 153 of the base portion 151. Thus, the first contact portion 155 a and the second contact portion 155 b can be pressed against the outer peripheral surface of the rotating shaft 103 by effectively using the centrifugal force F generated by the weight portion 152. As a result, the additional mass 150 is firmly fixed to the rotating shaft 103.
- the additional mass 150 is disposed on both outer sides of the pair of radial bearings 102, but the present invention is not limited to this.
- the additional mass 150 may be provided inside the pair of radial bearings 102 and outside the central axis direction Da with respect to the pinion gear 105.
- the geared compressor 100 As an aspect of the geared compressor 100, a so-called one-shaft two-stage configuration has been described as an example.
- the aspect of the geared compressor 100 is not limited to this, and may include two shafts and four stages, or more axes and stages depending on the design and specifications. Regardless of the configuration, the centrifugal compressor 130 in each stage can obtain the same operational effects as described in the above embodiment.
- the rotating machine of the present invention is not limited to the geared compressor 100.
- the rotating machine can also be applied to a single-shaft multistage centrifugal compressor in which the rotating shaft 103 is directly driven to rotate by an external drive source.
- a shaft 103C, a plurality of impellers 104C provided on the rotary shaft 103C between the pair of radial bearings 102C, and a thrust bearing 107C that restrains the movement of the rotary shaft 103C in the central axis direction Da are provided.
- the additional mass 150C similar to that of the above-described embodiment is located outside the pair of radial bearings 102C and inside the central axis direction Da with respect to the thrust bearing 107C. 103C.
- the position of the amplitude increasing region of the rotating shaft 103C can be moved from the position where the impeller 104C is disposed to the position where the radial bearing 102C is disposed. it can.
- a load in the radial direction Dr from the rotating shaft 103C is generated on the radial bearing 102C, and the rotating shaft 103C can be supported by the radial bearing 102C so as to effectively suppress vibration of the rotating shaft 103C. . Therefore, the vibration of the rotating shaft 103C can be effectively suppressed.
- a single-shaft multi-stage centrifugal compressor (rotary machine) 100D shown in FIG. 5 is provided on the rotary shaft 103C between a rotary shaft 103C rotatably supported by a pair of radial bearings 102C and a pair of radial bearings 102C.
- a plurality of impellers 104C and a thrust bearing 107C that restrains the movement of the rotating shaft 103C in the central axis direction Da are provided.
- the additional mass 150D similar to that in the above embodiment is disposed outside the pair of radial bearings 102C and outside the thrust bearing 107C in the central axial direction Da. 103C.
- vibration of the rotating shaft can be suppressed regardless of the impeller and the radial bearing.
Landscapes
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Abstract
この回転機械は、回転軸(103)を中心軸(C)周りに回転自在に支持する一対のラジアル軸受(102)と、ラジアル軸受(102)から中心軸方向(Da)に離間した位置で回転軸(103)に固定されたインペラ(104)と、ラジアル軸受(102)及びインペラ(104)に対して中心軸方向(Da)に離間した位置で回転軸(103)に固定され、回転軸(103)の径方向への振幅が大きくなり始める振幅増大領域の位置を移動させるように、回転軸(103)に対して全周にわたって荷重を負荷する付加マス(150)と、を備える。
Description
この発明は、回転機械に関する。
一般的に回転機械は、回転軸と、回転軸に固定されたインペラと、を備えている。このようなインペラを備えた回転機械として、例えば、特許文献1に、低強度材料で形成されたインペラを備えたタービン装置が記載されている。
ところで、回転軸に対してインペラのような一定の質量をもつ部材が固定されていると、回転軸が回転したときに回転軸に振動が生じやすい。そのため、回転機械では、回転軸の振動を抑制するようにラジアル軸受によって回転軸を支持させる等の振動対策が図られている。
しかしながら、インペラ及びラジアル軸受の位置関係や大きさによっては、ラジアル軸受だけで十分に振動を抑制できない可能性がある。そのため、インペラ及びラジアル軸受に関わらず、回転軸の振動を抑制することが望まれている。
本発明は、インペラ及びラジアル軸受に関わらず、回転軸の振動を抑制することが可能な回転機械を提供する。
本発明の第一の態様に係る回転機械は、外部から入力される回転駆動力によって中心軸周りに回転する回転軸と、前記回転軸を前記中心軸周りに回転自在に支持する一対のラジアル軸受と、前記回転軸の中心軸方向の移動を拘束するスラスト軸受と、前記ラジアル軸受から前記中心軸方向に離間した位置で前記回転軸に固定され、前記回転軸と一体に回転するインペラと、前記ラジアル軸受及び前記インペラに対して前記中心軸方向に離間した位置で前記回転軸に固定され、前記回転軸の径方向への振幅が大きくなり始める振幅増大領域の位置を移動させるように、前記回転軸に対して全周にわたって荷重を負荷する付加マスと、を備える。
このような構成によれば、付加マスによって、回転軸の振幅増大領域の位置を移動させることができる。これにより、ラジアル軸受に対する回転軸からの径方向への負荷が大きくなり、回転軸の振動を効果的に抑制するように、ラジアル軸受によって回転軸を支持させることができる。
本発明の第二の態様に係る回転機械は、第一の態様において、前記インペラは、一対の前記ラジアル軸受よりも前記中心軸方向の外側で前記回転軸に固定され、前記付加マスは、前記中心軸方向における前記インペラと前記ラジアル軸受との間で前記回転軸に固定されていてもよい。
インペラが、一対のラジアル軸受の外側に張り出した回転軸の端部に設けられていると、インペラに振動が生じやすい。このような構成において、付加マスがインペラとラジアル軸受との間に設けられていると、ラジアル軸受の近傍やラジアル軸受よりも中心軸方向の内側に回転軸の振幅増大領域が移動する。その結果、回転軸の振幅増大領域の近傍をラジアル軸受で効果的に抑え込むことができる。
本発明の第三の態様に係る回転機械では、第一又は第二の態様において、前記付加マスは、前記回転軸の外周面と固定された基部と、前記基部に対して前記径方向の外側に設けられたウェイト部と、前記基部と前記ウェイト部とを接続する接続部と、を有し、前記基部は、前記回転軸の外周面と接する内周面における前記中心軸方向の中央部分から窪む内周溝と、前記回転軸の外周面と接し、前記内周溝に対して前記中心軸方向の両側に形成された一対の接触部と、を有し、前記接続部は、前記中心軸方向の位置が前記内周溝と重なる位置に形成されていてもよい。
このような構成によれば、回転軸と一体に付加マスが回転したときに、ウェイト部によって生じる遠心力が、接続部を介して基部に伝達される。ウェイト部によって生じる遠心力が基部に伝達されると、内周溝が膨らむように基部に負荷が生じ、接触部が回転軸に押圧される。これにより、接触部と回転軸との間に生じる摩擦力が増大し、付加マスが回転軸に対して強固に固定される。
本発明の第四の態様に係る回転機械では、第三の態様において、前記接続部は、前記中心軸方向の位置が一対の前記接触部から離間するよう形成されていてもよい。
このような構成によれば、ウェイト部によって生じる遠心力が、片側の接触部のみが回転軸に押圧されてしまうことを抑制できる。したがって、内周溝の中心軸方向の両側の接触部の回転軸に対する固定力がばらついてしまうことを防ぐことができる。
本発明の第五の態様に係る回転機械では、第三又は第四の態様において、前記接続部は、前記ウェイト部よりも、前記中心軸方向の長さが短くてもよい。
このような構成によれば、ウェイト部によって生じる遠心力が、接続部を介して基部に集中的に伝達される。そのため、ウェイト部によって生じる遠心力を効果的に利用して、接触部を回転軸の外周面に押し当てることができる。
本発明の第六の態様に係る回転機械では、第一から第五の態様のいずれか一つにおいて、前記回転機械は、駆動源によって回転駆動される駆動歯車と、前記駆動歯車の回転が伝達され、前記回転軸に固定された従動歯車と、を備えるギアド圧縮機であり、前記従動歯車は、一対の前記ラジアル軸受よりも前記中心軸方向の内側に配置されていてもよい。
本発明の第七の態様に係る回転機械では、第一から第五の態様のいずれか一つにおいて、前記回転機械は、一対の前記ラジアル軸受よりも前記中心軸方向の内側に前記インペラが複数配置された一軸多段遠心圧縮機であってもよい。
本発明によれば、インペラ及びラジアル軸受に関わらず、回転軸の振動を抑制することができる。
以下、図面を参照して、本発明の回転機械を説明する。
図1、図2に示すように、本実施形態の回転機械は、ギアド圧縮機100である。ギアド圧縮機100は、ケーシング101(図2参照)と、ラジアル軸受102と、回転軸103と、インペラ104(図1参照)と、ピニオンギア105、駆動歯車106と、スラスト軸受107と、付加マス150と、を備えている。
図1、図2に示すように、本実施形態の回転機械は、ギアド圧縮機100である。ギアド圧縮機100は、ケーシング101(図2参照)と、ラジアル軸受102と、回転軸103と、インペラ104(図1参照)と、ピニオンギア105、駆動歯車106と、スラスト軸受107と、付加マス150と、を備えている。
なお、以下では、回転軸103の中心軸Cが延びている方向を中心軸方向Daとする。中心軸Cを基準にした回転軸103の径方向を単に径方向Drとする。また、中心軸Cを中心とする回転軸103周りの方向を周方向Dcとする。
ケーシング101(図2参照)は、ギアド圧縮機100の外殻を形成する。
ラジアル軸受102は、ケーシング101内において、回転軸103の中心軸方向Daに間隔をあけて一対が設けられている。ラジアル軸受102は、回転軸103を中心軸C周りに回転自在に支持している。つまり、ラジアル軸受102は、回転軸に対して径方向Drに作用する荷重を支持している。ラジアル軸受102は、ケーシング101に一体に形成された軸受保持部101hに保持されている。
回転軸103は、外部から入力される回転駆動力によって中心軸C周りに回転可能とされている。回転軸103は、一対のラジアル軸受102に、その中心軸C周りに回転自在に支持されている。この回転軸103は、その両端部103a,103bが、一対のラジアル軸受102よりも、中心軸方向Daの両側に突出している。
回転軸103には、一対のラジアル軸受102の間に、ピニオンギア(従動歯車)105が固定されている。即ち、ピニオンギア105は、一対のラジアル軸受102よりも中心軸方向Daの内側に配置されている。このピニオンギア105は、駆動歯車106と噛み合っている。そのため、ピニオンギア105には、駆動歯車106の回転が伝達される。
駆動歯車106は、外部の駆動源によって回転駆動される。この駆動歯車106は、ピニオンギア105よりも外径寸法が大きく設定されている。したがって、ピニオンギア105を有する回転軸103の回転数は、駆動歯車106の回転数よりも大きくなる。
このようなピニオンギア105と、駆動歯車106とによって、外部の駆動源による駆動歯車106の回転数を、ピニオンギア105を介して増速させて回転軸103に伝達する増速伝達部120が構成されている。
また、回転軸103には、ピニオンギア105に対して中心軸方向Daに離間した位置に、スラスト軸受107が設けられている。スラスト軸受107は、一対のラジアル軸受102よりも中心軸方向Daの内側に配置されている。スラスト軸受107は、回転軸103の径方向Drの外側に張り出す円盤状のスラストカラー108を介して、回転軸103に対して中心軸方向Daに作用する荷重を支持している。したがって、スラスト軸受107は、回転軸103の中心軸方向Daへの移動を拘束している。
図1に示すように、インペラ104は、ラジアル軸受102から中心軸方向Daに離間した位置で回転軸103に固定されている。インペラ104は、回転軸103と一体に回転する。本実施形態のインペラ104は、一対のラジアル軸受102よりも中心軸方向Daの外側で回転軸103に固定されている。具体的には、インペラ104は、回転軸103の両端部103a,103bに設けられている。各インペラ104は、周方向Dcに複数の羽根を有した羽根車である。
各インペラ104の径方向Drの外側には、ケーシング101が、その内周面を対向させてインペラ104を覆うようにして設けられている。このケーシング101は、外部と連通することで作動流体としての空気を内部に取り込むための吸気流路(図示無し)と、インペラ104の径方向Drの外側に形成された、渦巻き状の排気流路(図示無し)を備えている。
インペラ104は、回転軸103と一体に回転することで、径方向Drの内側の吸気流路(図示無し)から取り込んだ空気を、径方向Drの外側の排気流路(図示無し)に送り込む。この排気流路(図示無し)を通じて、不図示の外部機器に高圧の空気が供給され、種々の利用に供される。
このようなインペラ104により、ギアド圧縮機100は、増速伝達部120を挟んだ両側に配置される一対の遠心圧縮部130を構成している。一対の遠心圧縮部130は、増速伝達部120を挟んで第一の側に配置された1段目の遠心圧縮部130Aと、増速伝達部120を挟んで第二の側に配置された2段目の遠心圧縮部130Bと、を備える。すなわち、このギアド圧縮機100は、1軸2段の圧縮機として構成されている。
このようなギアド圧縮機100においては、1段目の遠心圧縮部130Aによって圧縮された流体は、続いて2段目の遠心圧縮部130Bに流入する。この2段目の遠心圧縮部130Bを流通する過程で、この流体はさらに圧縮されて、高圧の流体となる。
図2に示すように、ケーシング101内には、遠心圧縮部130と増速伝達部120との間に、ガスシール部材113が設けられている。具体的には、ガスシール部材113は、中心軸方向Daにおいて、インペラ104とラジアル軸受102との間に配置されている。ガスシール部材113は、円環状で、ケーシング101の内周面に固定されている。ガスシール部材113の内周面には、ラビリンスシール部113sが形成されている。このラビリンスシール部113sが回転軸103の外周面に摺接することで、遠心圧縮部130側から増速伝達部120側への空気の漏洩を低減する。
図1に示すように、付加マス150は、ラジアル軸受102、インペラ104、及びスラスト軸受107に対して中心軸方向Daに離間した位置で回転軸103に固定されている。付加マス150は、回転軸103に対して全周にわたって荷重を負荷している。付加マス150は、回転軸103の径方向Drへの振幅が大きくなり始める振幅増大領域の位置を移動させていることが可能な質量を有している。付加マス150の質量は、回転軸103及びインペラ104の質量や回転軸103に対するインペラ104の配置に応じて定められる。ここで、振幅増大領域とは、回転軸103において、径方向Drへの振幅が二次曲線状に大きくなる際に基点となる領域である。
本実施形態の付加マス150は、一対のラジアル軸受102よりも中心軸方向Daの外側に一対設けられている。具体的には、付加マス150は、ラジアル軸受102と、インペラ104との間に設けられている。付加マス150は、インペラ104が端部103aに設けられた回転軸103に対して、中心軸方向Daにおいて、インペラ104よりもラジアル軸受102に近い位置に設けられている。さらに具体的には、付加マス150は、ラジアル軸受102と、ガスシール部材113との間に配置されている。これにより、付加マス150は、回転軸103の振幅増大領域の位置を一対のラジアル軸受102が設けられている位置に対して中心軸方向Daの内側に移動させている。
図2に示すように、付加マス150は、全体として円筒状をなしている。付加マス150は、内側に回転軸103が挿通された状態で固定されている。付加マス150は、回転軸103に対して全周にわたって均等に荷重を負荷している。
付加マス150は、回転軸103の外周面と内周面が固定される基部151と、基部151の径方向Drの外側に配置されたウェイト部152と、基部151とウェイト部152とを接続する接続部153と、を一体に有する。
基部151は、回転軸103の中心軸方向Daに延びる円筒状をなしている。基部151は、内周面から径方向Drの外側に向かって窪む内周溝154と、回転軸103の外周面と接触する一対の接触部155とを有している。
内周溝154は、内周面における中心軸方向Daの中央部分で径方向Drの外側に窪んでいる。内周溝154は、内周面の全周にわたって周方向Dcに連続して形成されている。内周溝154は、基部151の内周面における中心軸方向Daの中央部分のみに形成されている。
接触部155は、基部151の内周面を形成している。接触部155は、内周溝154に対して中心軸方向Daの両側に形成されている。接触部155によって、基部151は、回転軸103の外周面に対して、全周にわたって焼嵌めされている。
ここで、回転軸103には、内周溝154及びその両側の接触部155に対向する領域に、径方向Drの外側に拡径した拡径部103kが形成されている。付加マス150は、接触部155の内側に拡径部103kが圧入されることで、接触部155が回転軸103の外周面に固定されている。
本実施形態の接触部155は、中心軸方向Daのインペラ104側(中心軸方向Daの外側)の第一接触部155aと、中心軸方向Daのラジアル軸受102側(中心軸方向Daの内側)の第二接触部155bとを有している。
基部151には、インペラ104側の端部に、第一接触部155aよりも径方向Drの内側に突出する内周フランジ部156が一体に形成されている。この内周フランジ部156は、回転軸103の拡径部103kに中心軸方向Daから突き当たることで、付加マス150の中心軸方向Daのラジアル軸受102側への移動を拘束している。
ウェイト部152は、基部151の内周溝154及びその両側の接触部155に対し、径方向Drの外側に形成されている。ウェイト部152は、回転軸103の中心軸方向Daに延びる円筒状をなしている。ウェイト部152は、基部151よりも質量が大きい。ウェイト部152は、基部151よりも径方向Drの長さが長く形成されている。ウェイト部152は、基部151よりも中心軸方向Daの長さが短く形成されている。ウェイト部152は、その中心軸方向Daにおける中心Wcが、内周溝154の中心軸方向Daにおける中心Mcと重なる位置に配置されている。
このウェイト部152の径方向Drの外側には、ケーシング101の内周面に固定されたシール部材114が設けられている。シール部材114は、その内周面にラビリンスシール部114sを有し、このラビリンスシール部114sがウェイト部152の外周面に摺接している。
接続部153は、基部151及びウェイト部152よりも質量が小さい。接続部153は、基部151及びウェイト部152よりも径方向Drの長さが短く形成されている。接続部153は、基部151及びウェイト部152よりも中心軸方向Daの長さが短く形成されている。接続部153の中心軸方向Daの長さは、内周溝154の中心軸方向Daの長さよりも短く形成されている。接続部153は、中心軸方向Daの位置が内周溝154と重なる位置に形成されている。接続部153は、第一接触部155a及び第二接触部155bと離間した位置に形成されている。即ち、接続部153は、中心軸方向Daにおいて、第一接触部155a及び第二接触部155bによって挟み込まれるように配置されている。
本実施形態の接続部153は、ウェイト部152の中心Wc及び内周溝154の中心Mc上に沿った位置に配置されている。接続部153は、ウェイト部152の中心軸方向Daの両側の側面152sからそれぞれ中心軸方向Da内側に窪むスリット157を、周方向Dc全周にわたって連続して形成することで形成されている。
上述した実施形態のギアド圧縮機100によれば、付加マス150によって、ラジアル軸受102が配置されている位置の近くに回転軸103の振幅増大領域の位置が移動される。そのため、ラジアル軸受102が配置されている位置での回転軸103の振幅が大きくなる。これにより、ラジアル軸受102に対する回転軸103からの径方向Drへの負荷が大きくなり、回転軸103の振動を効果的に抑制するように、ラジアル軸受102によって回転軸103を支持させることができる。したがって、ラジアル軸受102の位置やインペラ104の位置が固定された状態であっても、回転軸103の振動が抑制される。これにより、ラジアル軸受102及びインペラ104に関わらず、回転軸103の振動を抑制することができる。
また、インペラ104が、一対のラジアル軸受102の外側に張り出した回転軸103の端部に設けられていると、ラジアル軸受102よりも中心軸方向Daの外側での回転軸103の振動が大きくなりやすい。ところが、インペラ104が設けられた回転軸103の端部103aよりもラジアル軸受102側に付加マス150が設けられている。そのため、付加マス150によって、ラジアル軸受102の近傍やラジアル軸受102よりも中心軸方向Daの内側に回転軸103の振幅増大領域が移動する。その結果、回転軸103の振幅増大領域の近傍をラジアル軸受102で効果的に抑え込むことができる。これにより、ラジアル軸受102の位置やインペラ104の位置が固定された状態であっても、回転軸103の振動を効果的に抑制することができる。
また、付加マス150は、基部151とウェイト部152とを径方向に延びる接続部153によって接続している。したがって、回転軸103と一体に付加マス150が回転したときに、ウェイト部152によって生じる遠心力Fが、接続部153を介して基部151に伝達される。特に、接続部153がウェイト部152の中心Wc及び内周溝154の中心Mc上に配置されている。そのため、基部151に伝達されたウェイト部152に作用する遠心力Fは、内周溝154の中心Mc付近に作用し、基部151の中心軸方向Daの中央部付近が径方向Drの外側に引っ張られる。その結果、内周溝154が膨らむように基部151に負荷が生じ、第一接触部155a及び第二接触部155bが回転軸103の拡径部103kにそれぞれ押圧される。これにより、第一接触部155a及び第二接触部155bと回転軸103との間に生じる摩擦力が増大し、付加マス150が回転軸103に対して強固に固定される。
また、接続部153の中心軸方向Daの位置が、第一接触部155a及び第二接触部155bのそれぞれから離間している。そのため、ウェイト部152によって生じる遠心力Fが、第一接触部155a及び第二接触部155bの片側のみが回転軸103に部分的に押圧されてしまうことを抑制できる。したがって、内周溝154の中心軸方向Daの両側の第一接触部155a及び第二接触部155bの回転軸103に対する固定力がばらついてしまうことを防ぐことができる。
さらに、接続部153は、ウェイト部152よりも、中心軸方向Daの幅が小さい。このような構成によれば、ウェイト部152によって生じる遠心力Fが、基部151の接続部153と接続されている領域に集中的に伝達される。これによって、ウェイト部152によって生じる遠心力Fを効果的に利用して、第一接触部155a及び第二接触部155bを回転軸103の外周面に押し当てることができる。その結果、付加マス150が回転軸103に強固に固定される。
(実施形態の変形例)
上記実施形態では、付加マス150を、一対のラジアル軸受102の両外側に配置したが、これに限るものではない。例えば、図3に示すように、付加マス150を、一対のラジアル軸受102の内側、且つ、ピニオンギア105に対して中心軸方向Daの外側に設けるようにしてもよい。
上記実施形態では、付加マス150を、一対のラジアル軸受102の両外側に配置したが、これに限るものではない。例えば、図3に示すように、付加マス150を、一対のラジアル軸受102の内側、且つ、ピニオンギア105に対して中心軸方向Daの外側に設けるようにしてもよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
例えば、上述の実施形態では、ギアド圧縮機100の態様として、いわゆる1軸2段の構成を例に説明を行った。しかしながら、ギアド圧縮機100の態様はこれに限定されず、設計や仕様に応じて2軸4段や、それ以上の軸数、段数を備えていてもよい。いずれの構成であっても、各段の遠心圧縮部130では、上記の実施形態における記載と同等の作用効果を得ることができる。
また、本発明の回転機械は、ギアド圧縮機100に限定されるものではない。回転機械は、外部の駆動源によって回転軸103が直接回転駆動される方式の一軸多段遠心圧縮機に適用することもできる。
例えば、図4に示すように、外部の駆動源によって回転軸103Cが直接回転駆動される方式の一軸多段遠心圧縮機(回転機械)100Cは、一対のラジアル軸受102Cによって回転自在に支持された回転軸103Cと、一対のラジアル軸受102Cの間で回転軸103Cに設けられた複数のインペラ104Cと、回転軸103Cの中心軸方向Daへの移動を拘束するスラスト軸受107Cとを備えている。
このような一軸多段遠心圧縮機100Cにおいて、上記実施形態と同様の付加マス150Cは、一対のラジアル軸受102Cの外側であって、スラスト軸受107Cよりも中心軸方向Daの内側の位置で、回転軸103Cに設けられている。
このような構成においても、付加マス150Cを設けることで、インペラ104Cが配置されている位置からラジアル軸受102Cが配置されている位置の近くに回転軸103Cの振幅増大領域の位置を移動させることができる。これにより、ラジアル軸受102Cに対して回転軸103Cからの径方向Drへの負荷が生じ、回転軸103Cの振動を効果的に抑制するように、ラジアル軸受102Cによって回転軸103Cを支持させることができる。したがって、回転軸103Cの振動を効果的に抑制することができる。
また、図5に示す一軸多段遠心圧縮機(回転機械)100Dは、一対のラジアル軸受102Cによって回転自在に支持された回転軸103Cと、一対のラジアル軸受102Cの間で回転軸103Cに設けられた複数のインペラ104Cと、回転軸103Cの中心軸方向Daへの移動を拘束するスラスト軸受107Cと、を備えている。
このような一軸多段遠心圧縮機100Dにおいて、上記実施形態と同様の付加マス150Dは、一対のラジアル軸受102Cの外側であって、スラスト軸受107Cよりも中心軸方向Daの外側の位置で、回転軸103Cに設けられている。
このような構成においても、上記実施形態と同様に、回転軸103Cの振動を効果的に抑制することができる。
上記した回転機械によれば、インペラ及びラジアル軸受に関わらず、回転軸の振動を抑制することができる。
100 ギアド圧縮機(回転機械)
100C、100D 一軸多段遠心圧縮機(回転機械)
101 ケーシング
101h 軸受保持部
102、102C ラジアル軸受
103、103C 回転軸
103a 端部
103k 拡径部
104、104C インペラ
105 ピニオンギア(従動歯車)
106 駆動歯車
107、107C スラスト軸受
108 スラストカラー
113 ガスシール部材
113s ラビリンスシール部
114 シール部材
114s ラビリンスシール部
120 増速伝達部
130 遠心圧縮部
130A、130B 遠心圧縮部
150、150C、150D 付加マス
151 基部
151a 中央部
152 ウェイト部
152s 側面
153 接続部
154 内周溝
155 接触部
155a 第一接触部
155b 第二接触部
156 内周フランジ部
157 スリット
C 中心軸
F 遠心力
Mc 中心
Wc 中心
100C、100D 一軸多段遠心圧縮機(回転機械)
101 ケーシング
101h 軸受保持部
102、102C ラジアル軸受
103、103C 回転軸
103a 端部
103k 拡径部
104、104C インペラ
105 ピニオンギア(従動歯車)
106 駆動歯車
107、107C スラスト軸受
108 スラストカラー
113 ガスシール部材
113s ラビリンスシール部
114 シール部材
114s ラビリンスシール部
120 増速伝達部
130 遠心圧縮部
130A、130B 遠心圧縮部
150、150C、150D 付加マス
151 基部
151a 中央部
152 ウェイト部
152s 側面
153 接続部
154 内周溝
155 接触部
155a 第一接触部
155b 第二接触部
156 内周フランジ部
157 スリット
C 中心軸
F 遠心力
Mc 中心
Wc 中心
Claims (7)
- 外部から入力される回転駆動力によって中心軸周りに回転する回転軸と、
前記回転軸を前記中心軸周りに回転自在に支持する一対のラジアル軸受と、
前記回転軸の中心軸方向の移動を拘束するスラスト軸受と、
前記ラジアル軸受から前記中心軸方向に離間した位置で前記回転軸に固定され、前記回転軸と一体に回転するインペラと、
前記ラジアル軸受及び前記インペラに対して前記中心軸方向に離間した位置で前記回転軸に固定され、前記回転軸の径方向への振幅が大きくなり始める振幅増大領域の位置を移動させるように、前記回転軸に対して全周にわたって荷重を負荷する付加マスと、を備える回転機械。 - 前記インペラは、一対の前記ラジアル軸受よりも前記中心軸方向の外側で前記回転軸に固定され、
前記付加マスは、前記中心軸方向における前記インペラと前記ラジアル軸受との間で前記回転軸に固定されている請求項1に記載の回転機械。 - 前記付加マスは、
前記回転軸の外周面と固定された基部と、
前記基部に対して前記径方向の外側に設けられたウェイト部と、
前記基部と前記ウェイト部とを接続する接続部と、を有し、
前記基部は、
前記回転軸の外周面と接する内周面における前記中心軸方向の中央部分から窪む内周溝と、
前記回転軸の外周面と接し、前記内周溝に対して前記中心軸方向の両側に形成された一対の接触部と、を有し、
前記接続部は、前記中心軸方向の位置が前記内周溝と重なる位置に形成されている請求項1又は2に記載の回転機械。 - 前記接続部は、前記中心軸方向の位置が一対の前記接触部から離間するよう形成されている請求項3に記載の回転機械。
- 前記接続部は、前記ウェイト部よりも、前記中心軸方向の長さが短い請求項3又は請求項4に記載の回転機械。
- 前記回転機械は、
駆動源によって回転駆動される駆動歯車と、
前記駆動歯車の回転が伝達され、前記回転軸に固定された従動歯車と、を備えるギアド圧縮機であり、
前記従動歯車は、一対の前記ラジアル軸受よりも前記中心軸方向の内側に配置されている請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の回転機械。 - 前記回転機械は、一対の前記ラジアル軸受よりも前記中心軸方向の内側に前記インペラが複数配置された一軸多段遠心圧縮機である請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の回転機械。
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