JPH1113686A

JPH1113686A - ターボ機械

Info

Publication number: JPH1113686A
Application number: JP9170502A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yamaji; 洋行山路; Yorihide Higuchi; 順英樋口; Takeshi Fukunaga; 剛福永
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 1999-01-19
Anticipated expiration: 2017-06-26
Also published as: JP3733701B2

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた軸受性能を有し、かつ安価で汎用性大
なる２段昇圧タイプのターボ圧縮機を得る。【解決手段】回転軸（１３）を動圧型ジャーナル気体
軸受（３７），（３７´）及び動圧型スラスト気体軸受
（４３）で回転自在に支持する。回転軸（１３）の両端
に設けられた第１及び第２羽根車（１５），（１５´）
を回転させ、第１羽根車（１５）の回転により昇圧した
気体を第２羽根車（１５´）の回転によりさらに昇圧し
て吐出する

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２段昇圧タイプのターボ
機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ターボ圧縮機等のターボ機械
のタイプとして、１つの羽根車を回転軸の一端に連結
し、該羽根車を回転軸の回転により昇圧して吐出するよ
うにした単段昇圧タイプのターボ機械がある（特開平８
−３１２５８２号公報参照）。

【０００３】一方、上述の如き単段昇圧タイプのターボ
機械に対し、回転軸の両端に取り付けられた一対の羽根
車を回転させ、一方の羽根車で昇圧した気体を一旦モー
タ室に導入してモータを冷却した後、他方の羽根車に導
入してさらに昇圧するようにした２段昇圧タイプのター
ボ機械も知られている（特開平５−２２３０９０号公報
参照）。これらターボ機械の回転軸は、ジャーナル軸受
及びスラスト軸受に回転自在に支持されている。

【０００４】そして、後者の２段昇圧タイプのターボ機
械によれば、前者の単段昇圧タイプのターボ機械に比べ
て、低回転で十分な圧力比を得ることができるととも
に、スラスト荷重をキャンセルし易く、かつ回転軸の高
速回転を必要としないため軸受やモータの設計が簡単で
あるというメリットを有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の２段
昇圧タイプのターボ機械では、回転軸を回転自在に支持
する軸受がすべり軸受やころがり軸受等の機械的軸受で
あるため、どうしても摩擦抵抗が大きくなりがちであ
り、軸受性能が低下する嫌いがある。また、この２段昇
圧タイプのターボ機械の公報には、上記機械的軸受に代
えて磁気軸受を採用可能である旨の記載があり、これに
よれば、非接触支持構造であるため軸受の負担を軽減す
ることができるが、機械式軸受に比べて単位軸受重量当
たりの負荷が低くて汎用性に乏しく、しかも高価である
というデメリットを有する。

【０００６】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、優れた軸受性能を有
し、かつ安価で汎用性大なる２段昇圧タイプのターボ機
械を提供せんとすることにある。

【０００７】

【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、２段昇圧タイプのターボ機械の回転軸を
回転自在に支持する軸受として、すべり軸受等の機械的
軸受や磁気軸受の代わりに動圧型気体軸受を採用したこ
とを特徴とする。

【０００８】具体的には、本発明は、図１に示すよう
に、モータ室（１１）を貫挿し両端に第１及び第２羽根
車（１５），（１５´）が設けられているとともに、ジ
ャーナル軸受（３７），（３７´）及びスラスト軸受
（４３）に回転自在に支持された回転軸（１３）を回転
させ、上記第１羽根車（１５）の回転により昇圧した気
体を上記第２羽根車（１５´）の回転によりさらに昇圧
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。

【０００９】すなわち、本発明の第１の解決手段は、上
記ジャーナル軸受（３７），（３７´）及びスラスト軸
受（４３）を共に動圧型気体軸受で構成したことを特徴
とする。

【００１０】上記の構成により、本発明の第１の解決手
段では、第１羽根車（１５）の回転により昇圧した気体
が、第２羽根車（１５´）の回転によりさらに昇圧され
る。この場合、上記第１及び第２羽根車（１５），（１
５´）が設けられた回転軸（１３）は、動圧型ジャーナ
ル気体軸受（３７），（３７´）及び動圧型スラスト気
体軸受（４３）によって回転自在に支持されていること
から、その軸受構造により回転軸（１３）は非接触支持
されており、すべり軸受やころがり軸受等の機械的軸受
に比べて摩擦抵抗が極めて小さくて軸受の負担が軽減さ
れ、軸受性能が向上する。また、磁気軸受に比べてその
軸受構造からして単位軸受重量当たりの負荷が高くなっ
て汎用性に高く、しかも安価に製作できる。

【００１１】本発明の第２の解決手段は、第１の解決手
段において、回転軸（１３）の第２昇圧段側の端部に動
圧型スラスト気体軸受（４３）を構成するスラスト円板
からなる回転側スラスト軸受（４１）を取り付ける。さ
らに、第１羽根車（１５）の回転により昇圧した気体を
モータ室（１１）を経て第２羽根車（１５´）に導入す
るようにしたことを特徴とする。

【００１２】上記の構成により、本発明の第２の解決手
段では、高圧側の１つの回転側スラスト軸受（４１）に
より回転軸（１３）のスラスト方向の荷重が効果的に支
持される。さらに、第１羽根車（１５）の回転により昇
圧した第１段昇圧気体がモータ室（１１）に導入され、
この第１段昇圧気体は第２段昇圧気体に比べて低温低圧
であり、第１段昇圧気体によりモータ（２７）が冷却さ
れて過熱しない。

【００１３】本発明の第３の解決手段は、第１の解決手
段において、図２に示すように、回転軸（１３）の第２
昇圧段側の端部に動圧型スラスト気体軸受（４３）を構
成するスラスト円板からなる回転側スラスト軸受（４
１）を取り付ける。さらに、該回転側スラスト軸受（４
１）を第１羽根車（１５）の回転により昇圧した気体に
晒すようにしたことを特徴とする。

【００１４】上記の構成により、本発明の第３の解決手
段では、高圧側の１つの回転側スラスト軸受（４１）に
より回転軸（１３）のスラスト方向の荷重が効果的に支
持される。さらに、第２段昇圧気体に比べて低温低圧で
ある第１段昇圧気体により回転側スラスト軸受（４１）
が冷却され、回転側スラスト軸受（４１）が過熱しな
い。

【００１５】本発明の第４の解決手段は、第３の解決手
段において、回転側スラスト軸受（４１）をプレート室
（３９）に収容する。そして、昇圧前の気体をモータ室
（１１）を経て第１羽根車（１５）に導入して該第１羽
根車（１５）の回転により昇圧し、この昇圧した気体を
上記プレート室（３９）を経て第２羽根車（１５´）に
導入するようにしたことを特徴とする。

【００１６】上記の構成により、本発明の第４の解決手
段では、昇圧前の低温低圧の気体がモータ室（１１）に
導入され、モータ（２７）がさらに効率良く冷却されて
過熱しない。この昇圧前の気体は、モータ室（１１）か
ら第１羽根車（１５）に導入されて該第１羽根車（１
５）の回転により中温中圧の第１段昇圧気体として昇圧
され、さらに、プレート室（３９）に導入されて回転側
スラスト軸受（４１）を冷却した後、第２羽根車（１５
´）に導入されて該第２羽根車（１５´）の回転により
高温高圧の第２段昇圧気体としてさらに昇圧される。

【００１７】

【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。

【００１８】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１に係るターボ機械としての２段昇圧タイプのターボ
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）は両端が開口した
筒状のケーシング本体（３）と、該ケーシング本体
（３）の両端開口を覆う第１及び第２閉塞部材（５），
（５´）とで密閉構造に形成されている。上記ケーシン
グ（１）の内部にはハウジング（２９）が配置され、該
ハウジング（２９）は一端（図１左端）が開口した有底
筒状のハウジング本体（３０）と、該ハウジング本体
（３０）の開口を覆う蓋部材（３１）とで密閉構造に形
成され、内部の空間をモータ室（１１）としている。

【００１９】上記ケーシング（１）の第１閉塞部材
（５）とハウジング（２９）の蓋部材（３１）との間に
は、複数枚の羽根（１５ａ）を有する略円錐台形状の第
１羽根車（インペラ）（１５）が配置され、該第１羽根
車（１５）外周（インペラ出口）には第１ディフューザ
空間（９）及び第１スクロール空間（１７）が形成され
ている。一方、上記ハウジング（２９）の底壁外面には
静止側スラスト軸受（７）が配置され、上記ケーシング
（１）の第２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
円錐台形状の第２羽根車（インペラ）（１５´）が配置
され、該第２羽根車（１５´）外周（インペラ出口）に
は第２ディフューザ空間（９´）及び第２スクロール空
間（１７´）が形成されている。

【００２０】上記ケーシング（１）の中央部には回転軸
（１３）が回転自在に配置され、該回転軸（１３）は上
記モータ室（１１）を貫挿して両端に第１及び第２羽根
車（１５），（１５´）が回転一体に取り付けられ、第
１羽根車（１５）と第１閉塞部材（５）との間、及び第
２羽根車（１５´）と第２閉塞部材（５´）との間にそ
れぞれ僅かなクリアランスが設けられている。また、上
記第１閉塞部材（５）の中央部には、気体を吸入するた
めの第１吸入管（１９）が上記第１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、第１段昇圧気体を吐出するための第１吐
出管（２１）が上記第１スクロール空間（１７）に連通
するように接続されている。一方、上記第２閉塞部材
（５７）の中央部にも、気体を吸入するための第２吸入
管（１９´）が上記第２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、第２段昇圧気体を吐出するための第２吐出管（２
１´）が上記第２スクロール空間（１７´）に連通する
ように接続されている。

【００２１】上記モータ室（１１）には、ロータ（２
３）とステータ（２５）とからなるモータ（２７）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（２
５）はハウジング本体（３０）の周壁（３２）に上記ロ
ータ（２３）と向かい合うように固定されている。

【００２２】上記回転軸（１３）の両端寄り周面には、
複数のヘリングボーングルーブ（３５）が上記ハウジン
グ（２９）の蓋部材（３１）及びハウジング本体（３
０）の底壁に向かい合うようにそれぞれ形成され、上記
蓋部材（３１）を第１静止側ジャーナル軸受（以下、符
号（３１）を付す）とし、上記ハウジング本体（３０）
の底壁を第２静止側ジャーナル軸受（３１´）としてい
る。そして、回転軸（１３）の両端寄りのヘリングボー
ングルーブ（３５）と第１及び第２静止側ジャーナル軸
受（３１），（３１´）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）
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），（３７´）を構成している。

【００２３】第２昇圧段側である上記静止側スラスト軸
受（７）と第２静止側ジャーナル軸受（３１´）との間
にはプレート室（３９）が形成され、該プレート室（３
９）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
に嵌着されて収容され、該回転側スラスト軸受（４１）
は静止側スラスト軸受（７）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´）よりも第２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），（３７´）によって回転自在に支持してい
る。

【００２４】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
（１３）周りには、上記第２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。

【００２５】上記ケーシング本体（３）周壁の第２羽根
車（１５´）寄りには、導入管（４７）がモータ室（１
１）に連通するように接続され、該導入管（４７）は上
記第１羽根車（１５）側の第１吐出管（２１）に接続さ
れ、第１羽根車（１５）側で昇圧した中温中圧の第１段
昇圧気体を導入管（４７）を経てモータ室（１１）に導
入して内部を中温中圧雰囲気のドーム構造としている。

【００２６】また、上記ケーシング本体（３）周壁の第
１羽根車（１５）寄りには、導出管（４９）が接続さ
れ、該導出管（４９）は第２羽根車（１５´）側の第２
吸入管（１９´）に接続され、上記モータ室（１１）に
導入された中温中圧の第１段昇圧気体を導出管（４９）
を経て第２羽根車（１５´）入口に導き、該第２羽根車
（１５´）の回転により吸引してさらに昇圧し、高温高
圧の第２段昇圧気体として第２吐出管（２１´）から吐
出するようになっている。

【００２７】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第１羽根車（１５）の回転によ
り第１吸入管（１９）から吸入して昇圧し、この昇圧し
た中温中圧の気体を第１ディフューザ空間（９）及び第
１スクロール空間（１７）を経て第１吐出管（２１）か
ら吐出する。この吐出した第１段昇圧気体を導入管（４
７）からモータ室（１１）に導入した後、導出管（４
９）及び第２吸入管（１９´）を経て第２羽根車（１５
´）入口に導き、該第２羽根車（１５´）の回転により
吸引してさらに昇圧し、高温高圧の第２段昇温気体とし
て第２吐出管（２１´）から吐出する。

【００２８】この際、回転軸（１３）を動圧型ジャーナ
ル気体軸受（３７），（３７´）及び動圧型スラスト気
体軸受（４３）によって回転自在に支持していることか
ら、その軸受構造により回転軸（１３）は非接触支持さ
れており、すべり軸受やころがり軸受等の機械的軸受に
比べて摩擦抵抗が極めて小さくて軸受の負担を軽減で
き、軸受性能を向上させることができる。また、磁気軸
受に比べてその軸受構造からして単位軸受重量当たりの
負荷が高くなって汎用性が高く、しかも安価に製作する
ことができる。

【００２９】さらに、本例では、高圧側に１つの回転側
スラスト軸受（４１）を設けることで回転軸（１３）の
スラスト方向の荷重を効果的に支持することができると
ともに、モータ室（１１）に導入した第１羽根車（１
５）側の中温中圧の第１段昇圧気体によりモータ（２
７）を過熱しないように冷却することができ、信頼性の
高いターボ圧縮機とすることができる。

【００３０】（実施の形態２）図２は本発明の実施の形
態２に係るターボ機械としてのターボ圧縮機を示す。本
例では、実施の形態１において１本ずつ設けた導入管
（４７）及び導出管（４９）を２本ずつ設け、それぞれ
第１及び第２導入管（４７），（４７´）及び第１及び
第２導出管（４９），（４９´）としている。そして、
第１導入管（４７）及び第１導出管（４９）をモータ室
（１１）に接続し、昇圧前の低温低圧の気体を第１導入
管（４７）からモータ室（１１）に導入するとともに、
このモータ室（１１）に導入された昇圧前の低温低圧の
気体を第１導出管（４９）から第１羽根車（１５）によ
り吸引使用するようになっている。また、第２導入管
（４７´）及び第２導出管（４９´）をプレート室（３
９）に接続し、第１羽根車（１５）の回転により昇圧し
た中温中圧の第１段昇圧気体を第２導入管（４７´）か
らプレート室（３９）に導入して回転側スラスト軸受
（４１）を第１段昇圧気体に晒すとともに、このプレー
ト室（３９）に導入した中温中圧の第１段昇圧気体を第
２導出管（４９´）から第２羽根車（１５´）に吸引す
るようにしている。さらに、本例では、回転側スラスト
軸受（４１）の外側方で静止側スラスト軸受（７）と回
転軸（１３）との間にラビリンスシール部（４５）を設
けて高温高圧の気体をシールしている。そのほかは実施
の形態１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。

【００３１】そして、本例のターボ圧縮機では、冷媒ガ
ス等の気体を第１羽根車（１５）の回転により第１吸入
管（１９）から吸入して昇圧し、この昇圧した中温中圧
の気体を第１ディフューザ空間（９）及び第１スクロー
ル空間（１７）を経て第１吐出管（２１）から吐出する
ことに関しては、実施の形態１と同様である。この吐出
した第１段昇圧気体を第２導入管（４７´）からプレー
ト室（３９）に導入して回転側スラスト軸受（４１）を
冷却した後、第２導出管（４９´）及び第２吸入管（１
９´）を経て第２羽根車（１５´）に吸引して該第２羽
根車（１５´）の回転によりさらに昇圧し、高温高圧の
第２段昇温気体として第２吐出管（２１´）から吐出す
る。一方、昇圧前の低温低圧の気体を第１導入管（４
７）からモータ室（１１）に導入してモータ（２７）を
冷却した後、第１導出管（４９）から第１吸入管（１
９）を経て第１羽根車（１５）に吸入する。

【００３２】したがって、本例では、実施の形態１と同
様の作用効果を奏することができるものである。

【００３３】特に、本例では、モータ室（１１）に導入
する気体が昇圧前の低温低圧であるため、モータ（２
７）を効率良く冷却することができる。

【００３４】さらに、本例では、第１羽根車（１５）の
回転により昇圧した中温中圧の第１段昇圧気体をプレー
ト室（３９）に導入して回転側スラスト軸受（４１）を
冷却しているので、回転側スラスト軸受（４１）が第２
段昇圧気体の高温高圧雰囲気に晒されるのを回避してそ
の過熱を防止することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転軸（１３）の両端に設けられた第１及び第２羽根車
（１５），（１５´）を回転させ、気体を２段階に昇圧
するターボ機械において、上記回転軸（１３）を動圧型
ジャーナル気体軸受（３７），（３７´）及び動圧型ス
ラスト気体軸受（４３）で回転自在に支持したので、す
べり軸受等の機械的軸受に比べて極めて小さな摩擦抵抗
により軸受の負担を軽減して軸受性能を向上させること
ができるとともに、磁気軸受に比べて単位軸受重量当た
りの負荷を高くして汎用性を高く、しかも安価に製作す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係るターボ圧縮機の断
面図である。

【図２】本発明の実施の形態２に係るターボ圧縮機の断
面図である。

【符号の説明】

（１１）モータ室（１３）回転軸（１５）第１羽根車（１５´）第２羽根車（３７），（３７´）動圧型ジャーナル気体軸受（３９）プレート室（４１）回転側スラスト軸受（４３）動圧型スラスト気体軸受

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータ室（１１）を貫挿し両端に第１及
び第２羽根車（１５），（１５´）が設けられていると
ともに、ジャーナル軸受（３７），（３７´）及びスラ
スト軸受（４３）に回転自在に支持された回転軸（１
３）を回転させ、上記第１羽根車（１５）の回転により
昇圧した気体を上記第２羽根車（１５´）の回転により
さらに昇圧して吐出するターボ機械であって、上記ジャーナル軸受（３７），（３７´）及びスラスト
軸受（４３）は共に、動圧型気体軸受で構成されている
ことを特徴とするターボ機械。
【請求項２】請求項１記載のターボ機械において、回転軸（１３）の第２昇圧段側の端部には、動圧型スラ
スト気体軸受（４３）を構成するスラスト円板からなる
回転側スラスト軸受（４１）が取り付けられ、第１羽根車（１５）の回転により昇圧した気体をモータ
室（１１）を経て第２羽根車（１５´）に導入するよう
になっていることを特徴とするターボ機械。
【請求項３】請求項１記載のターボ機械において、回転軸（１３）の第２昇圧段側の端部には、動圧型スラ
スト気体軸受（４３）を構成するスラスト円板からなる
回転側スラスト軸受（４１）が取り付けられ、該回転側スラスト軸受（４１）は第１羽根車（１５）の
回転により昇圧した気体に晒されるようになっているこ
とを特徴とするターボ機械。
【請求項４】請求項３記載のターボ機械において、回転側スラスト軸受（４１）は、プレート室（３９）に
収容され、昇圧前の気体をモータ室（１１）を経て第１羽根車（１
５）に導入して該第１羽根車（１５）の回転により昇圧
し、この昇圧した気体を上記プレート室（３９）を経て
第２羽根車（１５´）に導入するようになっていること
を特徴とするターボ機械。