ターボ圧縮機及び冷凍機
【課題】軸受の損傷防止、長寿命化を図ることができるターボ圧縮機及びそのターボ圧縮機を備えた冷凍機を提供することを目的とする。
【解決手段】軸周りに回転自在に支持された回転軸２３に、上記軸方向において互いに所定の距離で離間すると共に互いの背面側が対向する向きに固定された第１インペラ２１ａ及び第２インペラ２２ａを有するターボ圧縮機であって、第１インペラ２１ａと第２インペラ２２ａとの間において、回転軸２３を上記軸周りに回転自在に支持する正面組合せのアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂを有するという構成を採用する
【解決手段】軸周りに回転自在に支持された回転軸２３に、上記軸方向において互いに所定の距離で離間すると共に互いの背面側が対向する向きに固定された第１インペラ２１ａ及び第２インペラ２２ａを有するターボ圧縮機であって、第１インペラ２１ａと第２インペラ２２ａとの間において、回転軸２３を上記軸周りに回転自在に支持する正面組合せのアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂを有するという構成を採用する
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を複数のインペラにて圧縮可能なターボ圧縮機及び該ターボ圧縮機を備える冷凍機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水等の冷却対象物を冷却あるいは冷凍する冷凍機として、冷媒を圧縮して排出するターボ圧縮機を備えるターボ冷凍機等が知られている。
ターボ冷凍機等が備えるターボ圧縮機は、一般的に回転軸に取付けられるインペラを軸周りに回転させて冷媒の圧縮を行う圧縮機構を備えている。従来、このような圧縮機構の回転軸を軸周りに回転自在に支持する軸受として、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載の軸受が知られている。
【０００３】
特許文献１には、圧縮機軸（回転軸）を背面合せのアンギュラ玉軸受で支持する構成が開示されている。回転軸をアンギュラ玉軸受で支持することにより、回転軸にかかるスラスト方向の力に耐えうることができ、且つ、動力損失が少なく、効率的に動力を伝達することができる構成となっている。
また、特許文献２には、圧縮段（圧縮機構）を２つ備え、これらの圧縮機構にて冷媒を順次圧縮するターボ圧縮機が開示されている。このターボ圧縮機は、２つのインペラが同一の回転軸に互いの背面側が対向する向きに固定されており、当該回転軸を２つのインペラの間においてジャーナル軸受によって支持することで、当該回転軸にかかるオーバーハング荷重を低減させる構成となっている。
【特許文献１】特開２００２−３０３２９８号公報
【特許文献２】特開２００７−１７７６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ターボ圧縮機においては、圧縮比が大きくなると吐出温度が高くなり容積効率が低下してしまうことから、上記特許文献２に記載のように圧縮機構を複数段に分けて冷媒の圧縮を行う場合がある。このようなターボ圧縮機においては、多数のケーシングを組み合わせることで製造されており、回転軸はそれらケーシングを挿通する形で取付けられる。
しかしながら、それらケーシング同士を組み合わせるためのケーシングのインロー部の不可避的な隙間による集積誤差に起因する偏芯により、回転軸の芯がずれてしまい、当該回転軸を支える軸受において回転軸の傾きに対する許容量を超えてしまう場合がある。特に、特許文献１に開示されている背面合せのアンギュラ玉軸受では、支持剛性が高いものの、傾きに対する許容量が小さいため問題となる。また、多数のケーシングの組合せにより軸受間距離が長くなってしまった場合、ギア反力等による撓みが発生しやすくなり回転軸が傾くため問題となる。
したがって、軸受には、当該傾きによる負荷が常態で作用することになり、当該作用による疲労及び損傷を受けて短寿命となってしまう懸念がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、軸受の損傷防止、長寿命化を図ることができるターボ圧縮機及びそのターボ圧縮機を備えた冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明は、軸周りに回転自在に支持された回転軸に、上記軸方向において互いに所定の距離で離間すると共に互いの背面側が対向する向きに固定された第１インペラ及び第２インペラを有するターボ圧縮機であって、上記第１インペラと上記第２インペラとの間において、上記回転軸を上記軸周りに回転自在に支持する正面組合せのアンギュラ玉軸受を有するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、第１インペラと第２インペラとの間において回転軸を支持することによってオーバーハング荷重を低減させると共に、アンギュラ玉軸受によってラジアル方向のみならずスラスト方向の荷重も受けることができ、さらに、正面組合せのアンギュラ玉軸受を採用することで、回転軸の傾きに対する許容量を大きくすることができる。
【０００７】
また、本発明では、上記回転軸の一端側が、第１構造体に上記正面組合せのアンギュラ玉軸受を介して支持され、上記回転軸の他端側が、上記第１構造体とは異なる第２構造体に支持されるという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、多数の構造体の組合せによって回転軸が異なる構造体に支持される場合に、回転軸に発生しやすい偏芯による傾きに対応することができる。
【０００８】
また、本発明では、上記正面組合せのアンギュラ玉軸受に、上記正面組合せの間において上方から潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置を有するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、正面組合せの場合にその間において上方から潤滑剤を供給すると、アンギュラ玉軸受の肩おとし外輪及び内輪の組合せ構造により、軸方向において内側から外側に向うにつれて潤滑剤の流路が下方に勾配するように形成されるため、当該正面組合せのアンギュラ玉軸受に対する潤滑剤供給を円滑に且つ一箇所から行うことができる。
【０００９】
また、本発明では、圧縮された冷媒を冷却液化する凝縮器と、液化された上記冷媒を蒸発させて冷却対象物から気化熱を奪うことによって上記冷却対象物を冷却する蒸発器と、上記蒸発器にて蒸発された上記冷媒を圧縮して上記凝縮器に供給する圧縮機とを備える冷凍機であって、上記圧縮機として、上記記載のターボ圧縮機を備えるという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、軸受の損傷防止、長寿命化を図ることができるターボ圧縮機を備える冷凍機が得られる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、軸周りに回転自在に支持された回転軸に、上記軸方向において互いに所定の距離で離間すると共に互いの背面側が対向する向きに固定された第１インペラ及び第２インペラを有するターボ圧縮機であって、上記第１インペラと上記第２インペラとの間において、上記回転軸を上記軸周りに回転自在に支持する正面組合せのアンギュラ玉軸受を有するという構成を採用することによって、第１インペラと第２インペラとの間において回転軸を支持することによってオーバーハング荷重を低減させると共に、アンギュラ玉軸受によってラジアル方向のみならずスラスト方向の荷重も受けることができ、さらに、正面組合せのアンギュラ玉軸受を採用することで、回転軸の傾きに対する許容量を大きくすることができる。
したがって、本発明では、回転軸の傾きに対してロバスト性が向上し、軸受の損傷防止、高寿命化を図ることができるターボ圧縮機を提供することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態におけるターボ冷凍機（冷凍機）Ｓ１の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態におけるターボ冷凍機Ｓ１は、例えば空調用の冷却水を生成するためにビルや工場に設置されるものであり、図１に示すように、凝縮器１と、エコノマイザ２と、蒸発器３と、ターボ圧縮機４とを備えている。
【００１２】
凝縮器１は、気体状態で圧縮された冷媒である圧縮冷媒ガスＸ１が供給され、この圧縮冷媒ガスＸ１を冷却液化することによって冷媒液Ｘ２とするものである。この凝縮器１は、図１に示すように、圧縮冷媒ガスＸ１が流れる配管Ｒ１を介してターボ圧縮機４と接続されており、冷媒液Ｘ２が流れる配管Ｒ２を介してエコノマイザ２と接続されている。なお、配管Ｒ２には、冷媒液Ｘ２を減圧するための膨張弁５が設置されている。
【００１３】
エコノマイザ２は、膨張弁５にて減圧された冷媒液Ｘ２を一時的に貯留するものである。このエコノマイザ２は、冷媒液Ｘ２が流れる配管Ｒ３を介して蒸発器３と接続されており、エコノマイザ２にて生じた冷媒の気相成分Ｘ３が流れる配管Ｒ４を介してターボ圧縮機４と接続されている。なお、配管Ｒ３は、冷媒液Ｘ２をさらに減圧するための膨張弁６が設置されている。また、配管Ｒ４は、ターボ圧縮機４が備える後述する第２圧縮段２２に気相成分Ｘ３を供給するようにターボ圧縮機４と接続されている。
【００１４】
蒸発器３は、冷媒液Ｘ２を蒸発させて水等の冷却対象物から気化熱を奪うことによって冷却対象物を冷却するものである。この蒸発器３は、冷媒液Ｘ２が蒸発されることによって生じる冷媒ガスＸ４が流れる配管Ｒ５を介してターボ圧縮機４と接続されている。なお、配管Ｒ５は、ターボ圧縮機４が備える後述する第１圧縮段２１と接続されている。
【００１５】
ターボ圧縮機４は、冷媒ガスＸ４を圧縮して上記圧縮冷媒ガスＸ１とするものである。このターボ圧縮機４は、上述のように圧縮冷媒ガスＸ１が流れる配管Ｒ１を介して凝縮器１と接続されており、冷媒ガスＸ４が流れる配管Ｒ５を介して蒸発器３と接続されている。
【００１６】
このように構成されたターボ冷凍機Ｓ１においては、配管Ｒ１を介して凝縮器１に供給された圧縮冷媒ガスＸ１は、凝縮器１によって液化冷却されて冷媒液Ｘ２とされる。
冷媒液Ｘ２は、配管Ｒ２を介してエコノマイザ２に供給される際に膨張弁５によって減圧され、減圧された状態にてエコノマイザ２において一時的に貯留された後、配管Ｒ３を介して蒸発器３に供給される際に膨張弁６によってさらに減圧され、さらに減圧された状態にて蒸発器３に供給される。
蒸発器３に供給された冷媒液Ｘ２は、蒸発器３によって蒸発されて冷媒ガスＸ４とされ、配管Ｒ５を介してターボ圧縮機４に供給される。
ターボ圧縮機４に供給された冷媒ガスＸ４は、ターボ圧縮機４によって圧縮されて圧縮冷媒ガスＸ１とされ、再び配管Ｒ１を介して凝縮器１に供給される。
なお、冷媒液Ｘ２がエコノマイザ２に貯留されている際に発生した冷媒の気相成分Ｘ３は、配管Ｒ４を介してターボ圧縮機４に供給され、冷媒ガスＸ４と共に圧縮されて圧縮冷媒ガスＸ１として配管Ｒ１を介して凝縮器１に供給される。
そして、このようなターボ冷凍機Ｓ１では、蒸発器３にて冷媒液Ｘ２を蒸発される際に、冷却対象物から気化熱を奪うことによって、冷却対象物の冷却あるいは冷凍を行う。
【００１７】
続いて、本実施形態の特徴部分である上記ターボ圧縮機４についてより詳細に説明する。
図２は、ターボ圧縮機４の水平断面図である。
図３は、ターボ圧縮機４の垂直断面図である。
図４は、ターボ圧縮機４が備える圧縮機ユニット２０を拡大した垂直断面図である。
これらの図に示すように、本実施形態におけるターボ圧縮機４は、モータユニット１０と、圧縮機ユニット２０と、ギアユニット３０とを備えている。
【００１８】
モータユニット１０は、図２及び図３に示すように、出力軸１１を有すると共に圧縮機ユニット２０を駆動させるための駆動源となるモータ１２と、該モータ１２を囲むと共に上記モータ１２を支持するモータハウジング１３とを備えている。
なお、モータ１２の出力軸１１は、モータハウジング１３に固定される第１軸受１４と第２軸受１５とによって回転可能に支持されている。
また、モータハウジング１３は、ターボ圧縮機４を支持する脚部１３ａを備えている。そして、脚部１３ａの内部は、中空とされており、ターボ圧縮機４の摺動部位に供給される潤滑油が回収されると共に貯留される油タンク４０として用いられる。
【００１９】
圧縮ユニット２０は、冷媒ガスＸ４（図１参照）の流通する流路を形成すると共に当該流路において冷媒ガスＸ４を多段圧縮するものであり、冷媒ガスＸ４を吸入して圧縮する第１圧縮段２１と、第１圧縮段２１にて圧縮された冷媒ガスＸ４をさらに圧縮して圧縮冷媒ガスＸ１（図１参照）として排出する第２圧縮段２２とを備えている。
【００２０】
第１圧縮段２１は、図４に示すように、スラスト方向から供給される冷媒ガスＸ４に速度エネルギを付与してラジアル方向に排出する第１インペラ２１ａと、第１インペラ２１ａによって冷媒ガスＸ４に付与された速度エネルギを圧力エネルギに変換することによって圧縮する第１ディフューザ２１ｂと、第１ディフューザ２１ｂによって圧縮された冷媒ガスＸ４を第１圧縮段２１の外部に導出する第１スクロール室２１ｃと、冷媒ガスＸ４を吸入して第１インペラ２１ａに供給する吸入口２１ｄを備えている。
なお、第１ディフューザ２１ｂ、第１スクロール室２１ｃ及び吸入口２１ｄの一部は、第１インペラ２１ａを囲う第１ハウジング２１ｅによって形成されている。
【００２１】
第１インペラ２１ａは、回転軸２３に固定され、回転軸２３がモータ１２の出力軸１１から回転動力を伝達されて回転されることによって回転駆動される。
【００２２】
第１ディフューザ２１ｂは、第１インペラ２１ａの周囲に環状に配置されている。そして、本実施形態のターボ圧縮機４において、第１ディフューザ２１ｂは、第１ディフューザ２１ｂにおける冷媒ガスＸ４の旋回速度を低減させて速度エネルギを効率的に圧力エネルギに変換する複数のディフューザベーン２１ｆを備えるベーン付ディフューザである。
【００２３】
また、第１圧縮段２１の吸入口２１ｄには、第１圧縮段２１の吸入容量を調節するためのインレットガイドベーン２１ｇが複数設置されている。
各インレットガイドベーン２１ｇは、第１ハウジング２１ｅに固定された駆動機構２１ｈによって冷媒ガスＸ４の流れ方向からの見かけ上の面積が変更可能なように回転可能とされている。
【００２４】
第２圧縮段２２は、第１圧縮段２１にて圧縮されると共にスラスト方向から供給される冷媒ガスＸ４に速度エネルギを付与してラジアル方向に排出する第２インペラ２２ａと、第２インペラ２２ａによって冷媒ガスＸ４に付与された速度エネルギを圧力エネルギに変換することによって圧縮して圧縮冷媒ガスＸ１として排出する第２ディフューザ２２ｂと、第２ディフューザ２２ｂから排出された圧縮冷媒ガスＸ１を第２圧縮段２２の外部に導出する第２スクロール室２２ｃと、第１圧縮段２１にて圧縮された冷媒ガスＸ４を第２インペラ２２ａに導く導入スクロール室２２ｄとを備えている。
なお、第２ディフューザ２２ｂ、第２スクロール室２２ｃ及び導入スクロール室２２ｄの一部は、第２インペラ２２ａを囲う第２ハウジング２２ｅによって形成されている。
【００２５】
第２インペラ２２ａは、上記回転軸２３に第１インペラ２１ａと背面合わせとなるように固定され、回転軸２３がモータ１２の出力軸１１から回転動力を伝達されて回転されることによって回転駆動される。
【００２６】
第２ディフューザ２２ｂは、第２インペラ２２ａの周囲に環状に配置されている。そして、本実施形態のターボ圧縮機４において、第２ディフューザ２２ｂは、第２ディフューザ２２ｂにおける冷媒ガスＸ４の旋回速度を低減させて速度エネルギを効率的に圧力エネルギに変換するディフューザベーンを備えないベーンレスディフューザである。
【００２７】
第２スクロール室２２ｃは、圧縮冷媒ガスＸ１を凝縮器１に供給するための配管Ｒ１と接続されており、第２圧縮段２２から導出した圧縮冷媒ガスＸ１を配管Ｒ１に供給する。
【００２８】
なお、第１圧縮段２１の第１スクロール室２１ｃと、第２圧縮段２２の導入スクロール室２２ｄとは、第１圧縮段２１及び第２圧縮段２２とは別体で設けられる外部配管（不図示）を介して接続されており、該外部配管を介して第１圧縮段２１にて圧縮された冷媒ガスＸ４が第２圧縮段２２に供給される。この外部配管には、上述の配管Ｒ４（図１参照）が接続されており、エコノマイザ２にて発生した冷媒の気相成分Ｘ３が外部配管を介して第２圧縮段２２に供給される構成となっている。
【００２９】
また、回転軸２３は、第１圧縮段２１と第２圧縮段２２との間の空間５０において第２圧縮段２２の第２ハウジング２２ｅに固定される第３軸受２４（詳しくは後述）と、モータユニット１０側において第２ハウジング２２ｅに固定される第４軸受２５（図２参照）とによって回転可能に支持されている。なお、回転軸２３は、第１インペラ２１ａ及び第２インペラ２２ａがそれら背面側が対向する向きに固定される設計上、第４軸受２５側から第３軸受２４側に向うにつれて径が段階的に小径になるように形成される。
なお、ここで第２ハウジング２２ｅとは、多数のケーシング（構造体）の組合せの総称のことをいう。したがって、より厳密には、第３軸受２４が固定される部位と第４軸受２５が固定される部位とは、各々異なるケーシングに固定されることとなる。
【００３０】
ギアユニット３０は、図２に示すように、モータ１２の出力軸１１の回転動力を回転軸２３に伝達するためのものであり、モータユニット１０のモータハウジング１３と圧縮機ユニット２０の第２ハウジング２２ｅとによって形成される空間６０に収納されている。
このギアユニット３０は、モータ１２の出力軸１１に固定される大径歯車３１と、回転軸２３に固定されると共に大径歯車３１と噛み合う小径歯車３２とによって構成されており、出力軸１１の回転数に対して回転軸２３の回転数が増加するようにモータ１２の出力軸１１の回転動力を回転軸２３に伝達する。
【００３１】
また、ターボ圧縮機４は、軸受（第１軸受１４，第２軸受１５，第３軸受２４，第４軸受２５）、インペラ（第１インペラ２１ａ，第２インペラ２２ａ）とハウジング（第１ハウジング２１ｅ，第２ハウジング２２ｅ）との間、及びギアユニット３０等の摺動部位に油タンク４０に貯留された潤滑油（潤滑剤）を供給する潤滑油供給装置（潤滑剤供給装置）７０を備えている。なお、図面において潤滑油供給装置７０は、一部のみが図示されている。
なお、第３軸受２４が配置される空間５０とギアユニット３０が収納される空間６０とは、第２ハウジング２２ｅに形成された貫通孔８０によって接続されており、さらに空間６０と油タンク４０とは接続されている。このため、空間５０，６０に供給されて摺動部位から流れ落ちた潤滑油は、油タンク４０に回収される。
【００３２】
続いて、回転軸２３を軸周りに回転自在に支持する第３軸受２４の構成について図５を参照して説明する。
図５は、図４における第３軸受２４の要部拡大概略図である。
第３軸受２４は、第１インペラ２１ａと第２インペラ２２ａとの間において、回転軸２３を軸周りに回転自在に支持する正面合わせのアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂを有する構成となっている。また、第３軸受２４は、正面合わせのアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂの間からその両者に潤滑油を供給する流路を形成する間座１０１を有している。間座１０１は、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂの間において取付けられる構成となっている。
【００３３】
第３軸受２４は、回転軸２３に一体的に設けられた回転軸スリーブ２３Ａを介して回転軸２３を支持する構成となっている。回転軸スリーブ２３Ａは、第１インペラ２１ａの背面側に設けられた第１ラビリンスシール２１ｅ１と、第２インペラ２２ａの背面側に設けられた第２ラビリンスシール２２ｅ１との間に配設される。
第３軸受２４の内輪は、その厚さ方向（スラスト方向）において、回転軸スリーブ２３Ａと、回転軸スリーブ２３Ａに取付けられるロックナット２３Ｂとによって固定される。
一方、第３軸受２４の外輪は、その厚さ方向（スラスト方向）において、第２圧縮段隔壁２２ｅ２と、第２圧縮段隔壁２２ｅ２及び第２ラビリンスシール２２ｅ１との間に固定された軸押さえ部材２２ｅ３とによって固定される。
【００３４】
また、第３軸受２４上方には、潤滑油供給装置７０が設けられており、本実施形態では、上側の第２圧縮段隔壁２２ｅ２を垂直下方に貫通して潤滑油供給装置７０の供給管７０ａが間座１０１に接続されている。さらに、下側の第２圧縮段隔壁２２ｅ２には潤滑剤を排出する排出孔７０ｂが下側の間座１０１と連通して設けられる構成となっている。
【００３５】
次に、このように構成されたターボ圧縮機４の動作及び第３軸受２４の作用について説明する。
【００３６】
まず、潤滑油供給装置７０によって、図２及び図３に示すように、ターボ圧縮機４の摺動部位に油タンク４０から潤滑油が供給され、その後モータ１２が駆動される。そして、モータ１２の出力軸１１の回転動力がギアユニット３０を介して回転軸２３に伝達され、これによって圧縮機ユニット２０の第１インペラ２１ａと第２インペラ２２ａとが回転駆動される。
【００３７】
第１インペラ２１ａが回転駆動されると、図４に示すように、第１圧縮段２１の吸入口２１ｄが負圧状態となり、流路Ｒ５からの冷媒ガスＸ４が吸入口２１ｄを介して第１圧縮段２１に流入する。
第１圧縮段２１の内部に流入した冷媒ガスＸ４は、第１インペラ２１ａにスラスト方向から流入し、第１インペラ２１ａによって速度エネルギを付与されてラジアル方向に排出される。
第１インペラ２１ａから排出された冷媒ガスＸ４は、第１ディフューザ２１ｂによって速度エネルギを圧力エネルギに変換されることで圧縮される。第１ディフューザ２１ｂから排出された冷媒ガスＸ４は、第１スクロール室２１ｃを介して第１圧縮段２１の外部に導出される。
そして、第１圧縮段２１の外部に導出された冷媒ガスＸ４は、外部配管を介して第２圧縮段２２に供給される。
【００３８】
第２圧縮段２２に供給された冷媒ガスＸ４は、導入スクロール室２２ｄを介してスラスト方向から第２インペラ２２ａに流入し、第２インペラ２２ａによって速度エネルギを付与されたラジアル方向に排出される。
第２インペラ２２ａから排出された冷媒ガスＸ４は、第２ディフューザ２２ｂによって速度エネルギを圧力エネルギに変換されることでさらに圧縮されて圧縮冷媒ガスＸ１とされる。
第２ディフューザ２２ｂから排出された圧縮冷媒ガスＸ１は、第２スクロール室２２ｃを介して第２圧縮段２２の外部に導出される。
そして、第２圧縮段２２の外部に導出された圧縮冷媒ガスＸ１は、流路Ｒ１を介して凝縮器１に供給される。
【００３９】
このとき、回転軸２３には、第１インペラ２１ａ及び第２インペラ２２ａの駆動によりラジアル荷重及びスラスト荷重が作用する。
第３軸受２４は、図５に示すように、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂで構成されているため、ラジアル荷重だけでなくスラスト荷重も受けることができる。また、第３軸受２４は、第１インペラ２１ａ及び第２インペラ２２ａの間において回転軸２３を支持する構成であるため、第２インペラ２２ａ手前側（図２において第２インペラ２２ａ左側）で回転軸２３を支持する構成と比べて、オーバーハング量を低減することができ、回転軸２３にかかるオーバーハング荷重を低減することができる。
【００４０】
また、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂは、正面組合せの構成であるため、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂの転動体の作用線が、それぞれ所定の接触角で内側に漸次近接するように形成される。したがって、正面組合せの構成は、背面組合せと比べて作用点距離が小さくなるためモーメント荷重による負荷能力は劣るものの、本実施形態ではこれを意図的に選択することにより、曲げのラジアル剛性を低くして回転軸２３の芯のズレを吸収できる許容量を大きくし、回転を円滑にさせることができる。この作用は、本実施形態のターボ圧縮機４のような複数のケーシングで構成されて、ケーシングの寸法精度や、それらケーシングの組合せ精度及び回転軸２３の径の小ささ等に起因する回転軸２３の傾き及び撓みが大きくなる場合に特に効果がある。
【００４１】
さらに、潤滑油供給装置７０が上方からアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂの正面組合せの間において潤滑油を供給すると、潤滑油は、先ず供給管７０ａを介して間座１０１に供給された後、間座１０１設けられた流路を介してアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂのそれぞれに供給されることとなる。
正面組合せの場合にその間においてその上方から潤滑油を供給すると、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂの肩おとし外輪及び内輪の組合せ構造により、軸方向において内側から外側に向うにつれて潤滑油の流路Ｒ（図５参照）が下方に勾配するように形成されるため、当該構成上の高低差を利用して該正面組合せのアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂに対する潤滑油供給を円滑に且つ一箇所から容易に行うことができる。また、上方において潤滑油の供給を受け、上記作用により転動体、転動体と外輪との間及び転動体と内輪との間において円滑に潤滑油が供給された状態で、それらが回転駆動することによって、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂの周全体に亘って潤滑油が容易に供給されることとなる。
なお、供給された潤滑油は、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂの軸方向における外側、または、排出孔７０ｂを介して空間５０に排出され、図３に示す、貫通孔８０、空間６０を経て油タンク４０に再び回収されることとなる。
【００４２】
したがって、上述した本実施形態によれば、軸周りに回転自在に支持された回転軸２３に、上記軸方向において互いに所定の距離で離間すると共に互いの背面側が対向する向きに固定された第１インペラ２１ａ及び第２インペラ２２ａを有するターボ圧縮機４であって、第１インペラ２１ａと第２インペラ２２ａとの間において、回転軸２３を上記軸周りに回転自在に支持する正面組合せのアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂを有するという構成を採用することによって、第１インペラ２１ａと第２インペラ２２ａとの間において回転軸２３を支持することでオーバーハング荷重を低減させると共に、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂによってラジアル方向のみならずスラスト方向の荷重も受けることができ、さらに、正面組合せのアンギュラ玉軸受を採用することで、回転軸の傾きに対する許容量を大きくすることができる。
したがって、本発明では、回転軸２３の傾きに対してロバスト性が向上し、第３軸受２４の損傷防止、高寿命化を図ることができるターボ圧縮機４を提供することができる効果がある。
【００４３】
また、本実施形態では、回転軸２３の一端側が、第２ハウジング２２ｅを構成するケーシングに正面組合せのアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂを介して支持され、上記回転軸の他端側が、上記ケーシングとは異なる第２ハウジング２２ｅを構成するケーシングに第４軸受２５を介して支持されるという構成を採用することによって、多数のケーシングの組合せによって回転軸２３が異なるケーシングに支持される場合に、回転軸２３に発生しやすい偏芯による傾きに対応することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、正面組合せのアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂに、上記正面組合せの間において上方から潤滑油を供給する潤滑油供給装置７０を有するという構成を採用することによって、正面組合せの場合にその間において上方から潤滑油を供給すると、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂの肩おとし外輪及び内輪の組合せ構造により、軸方向において内側から外側に向うにつれて潤滑油の流路Ｒが下方に勾配するように形成されるため、当該正面組合せのアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂに対する潤滑油供給を円滑に且つ一箇所から行うことができる。
【００４５】
また、本実施形態では、圧縮された冷媒ガスＸ４を冷却液化する凝縮器１と、液化された冷媒ガスＸ４を蒸発させて冷却対象物から気化熱を奪うことによって上記冷却対象物を冷却する蒸発器３と、蒸発器３にて蒸発された冷媒ガスＸ４を圧縮して凝縮器１に供給する圧縮機とを備えるターボ冷凍機Ｓ１であって、上記圧縮機として、上記記載のターボ圧縮機４を備えるという構成を採用することによって、軸受の損傷防止、長寿命化を図ることができるターボ圧縮機４を備えるターボ冷凍機Ｓ１が得られる。
【００４６】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態におけるターボ冷凍機の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態におけるターボ冷凍機が備えるターボ圧縮機の水平断面図である。
【図３】本発明の実施形態におけるターボ冷凍機が備えるターボ圧縮機の垂直断面図である。
【図４】本発明の実施形態におけるターボ圧縮機が備える圧縮機ユニットを拡大した垂直断面図である。
【図５】本発明の実施形態における第３軸受を示す図４における要部拡大概略図である。
【符号の説明】
【００４８】
Ｓ１……ターボ冷凍機（冷凍機）、１……凝縮器、３……蒸発器、４……ターボ圧縮機、２１……第１圧縮段、２１ａ……第１インペラ、２１ｂ……第１ディフューザ、２２ｅ……第２ハウジング、２１ｆ……ディフューザベーン、２２……第２圧縮段、２２ａ……第２インペラ、２２ｂ……第２ディフューザ、２３……回転軸、２４……第３軸受、２５……第４軸受、７０……潤滑油供給装置（潤滑剤供給装置）、１００Ａ，１００Ｂ……アンギュラ玉軸受、１０１……間座、Ｘ１……圧縮冷媒ガス（冷媒）、Ｘ２……冷媒液（冷媒）、Ｘ３……気相成分（冷媒）、Ｘ４……冷媒ガス（冷媒）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を複数のインペラにて圧縮可能なターボ圧縮機及び該ターボ圧縮機を備える冷凍機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水等の冷却対象物を冷却あるいは冷凍する冷凍機として、冷媒を圧縮して排出するターボ圧縮機を備えるターボ冷凍機等が知られている。
ターボ冷凍機等が備えるターボ圧縮機は、一般的に回転軸に取付けられるインペラを軸周りに回転させて冷媒の圧縮を行う圧縮機構を備えている。従来、このような圧縮機構の回転軸を軸周りに回転自在に支持する軸受として、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載の軸受が知られている。
【０００３】
特許文献１には、圧縮機軸（回転軸）を背面合せのアンギュラ玉軸受で支持する構成が開示されている。回転軸をアンギュラ玉軸受で支持することにより、回転軸にかかるスラスト方向の力に耐えうることができ、且つ、動力損失が少なく、効率的に動力を伝達することができる構成となっている。
また、特許文献２には、圧縮段（圧縮機構）を２つ備え、これらの圧縮機構にて冷媒を順次圧縮するターボ圧縮機が開示されている。このターボ圧縮機は、２つのインペラが同一の回転軸に互いの背面側が対向する向きに固定されており、当該回転軸を２つのインペラの間においてジャーナル軸受によって支持することで、当該回転軸にかかるオーバーハング荷重を低減させる構成となっている。
【特許文献１】特開２００２−３０３２９８号公報
【特許文献２】特開２００７−１７７６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ターボ圧縮機においては、圧縮比が大きくなると吐出温度が高くなり容積効率が低下してしまうことから、上記特許文献２に記載のように圧縮機構を複数段に分けて冷媒の圧縮を行う場合がある。このようなターボ圧縮機においては、多数のケーシングを組み合わせることで製造されており、回転軸はそれらケーシングを挿通する形で取付けられる。
しかしながら、それらケーシング同士を組み合わせるためのケーシングのインロー部の不可避的な隙間による集積誤差に起因する偏芯により、回転軸の芯がずれてしまい、当該回転軸を支える軸受において回転軸の傾きに対する許容量を超えてしまう場合がある。特に、特許文献１に開示されている背面合せのアンギュラ玉軸受では、支持剛性が高いものの、傾きに対する許容量が小さいため問題となる。また、多数のケーシングの組合せにより軸受間距離が長くなってしまった場合、ギア反力等による撓みが発生しやすくなり回転軸が傾くため問題となる。
したがって、軸受には、当該傾きによる負荷が常態で作用することになり、当該作用による疲労及び損傷を受けて短寿命となってしまう懸念がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、軸受の損傷防止、長寿命化を図ることができるターボ圧縮機及びそのターボ圧縮機を備えた冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明は、軸周りに回転自在に支持された回転軸に、上記軸方向において互いに所定の距離で離間すると共に互いの背面側が対向する向きに固定された第１インペラ及び第２インペラを有するターボ圧縮機であって、上記第１インペラと上記第２インペラとの間において、上記回転軸を上記軸周りに回転自在に支持する正面組合せのアンギュラ玉軸受を有するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、第１インペラと第２インペラとの間において回転軸を支持することによってオーバーハング荷重を低減させると共に、アンギュラ玉軸受によってラジアル方向のみならずスラスト方向の荷重も受けることができ、さらに、正面組合せのアンギュラ玉軸受を採用することで、回転軸の傾きに対する許容量を大きくすることができる。
【０００７】
また、本発明では、上記回転軸の一端側が、第１構造体に上記正面組合せのアンギュラ玉軸受を介して支持され、上記回転軸の他端側が、上記第１構造体とは異なる第２構造体に支持されるという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、多数の構造体の組合せによって回転軸が異なる構造体に支持される場合に、回転軸に発生しやすい偏芯による傾きに対応することができる。
【０００８】
また、本発明では、上記正面組合せのアンギュラ玉軸受に、上記正面組合せの間において上方から潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置を有するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、正面組合せの場合にその間において上方から潤滑剤を供給すると、アンギュラ玉軸受の肩おとし外輪及び内輪の組合せ構造により、軸方向において内側から外側に向うにつれて潤滑剤の流路が下方に勾配するように形成されるため、当該正面組合せのアンギュラ玉軸受に対する潤滑剤供給を円滑に且つ一箇所から行うことができる。
【０００９】
また、本発明では、圧縮された冷媒を冷却液化する凝縮器と、液化された上記冷媒を蒸発させて冷却対象物から気化熱を奪うことによって上記冷却対象物を冷却する蒸発器と、上記蒸発器にて蒸発された上記冷媒を圧縮して上記凝縮器に供給する圧縮機とを備える冷凍機であって、上記圧縮機として、上記記載のターボ圧縮機を備えるという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、軸受の損傷防止、長寿命化を図ることができるターボ圧縮機を備える冷凍機が得られる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、軸周りに回転自在に支持された回転軸に、上記軸方向において互いに所定の距離で離間すると共に互いの背面側が対向する向きに固定された第１インペラ及び第２インペラを有するターボ圧縮機であって、上記第１インペラと上記第２インペラとの間において、上記回転軸を上記軸周りに回転自在に支持する正面組合せのアンギュラ玉軸受を有するという構成を採用することによって、第１インペラと第２インペラとの間において回転軸を支持することによってオーバーハング荷重を低減させると共に、アンギュラ玉軸受によってラジアル方向のみならずスラスト方向の荷重も受けることができ、さらに、正面組合せのアンギュラ玉軸受を採用することで、回転軸の傾きに対する許容量を大きくすることができる。
したがって、本発明では、回転軸の傾きに対してロバスト性が向上し、軸受の損傷防止、高寿命化を図ることができるターボ圧縮機を提供することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態におけるターボ冷凍機（冷凍機）Ｓ１の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態におけるターボ冷凍機Ｓ１は、例えば空調用の冷却水を生成するためにビルや工場に設置されるものであり、図１に示すように、凝縮器１と、エコノマイザ２と、蒸発器３と、ターボ圧縮機４とを備えている。
【００１２】
凝縮器１は、気体状態で圧縮された冷媒である圧縮冷媒ガスＸ１が供給され、この圧縮冷媒ガスＸ１を冷却液化することによって冷媒液Ｘ２とするものである。この凝縮器１は、図１に示すように、圧縮冷媒ガスＸ１が流れる配管Ｒ１を介してターボ圧縮機４と接続されており、冷媒液Ｘ２が流れる配管Ｒ２を介してエコノマイザ２と接続されている。なお、配管Ｒ２には、冷媒液Ｘ２を減圧するための膨張弁５が設置されている。
【００１３】
エコノマイザ２は、膨張弁５にて減圧された冷媒液Ｘ２を一時的に貯留するものである。このエコノマイザ２は、冷媒液Ｘ２が流れる配管Ｒ３を介して蒸発器３と接続されており、エコノマイザ２にて生じた冷媒の気相成分Ｘ３が流れる配管Ｒ４を介してターボ圧縮機４と接続されている。なお、配管Ｒ３は、冷媒液Ｘ２をさらに減圧するための膨張弁６が設置されている。また、配管Ｒ４は、ターボ圧縮機４が備える後述する第２圧縮段２２に気相成分Ｘ３を供給するようにターボ圧縮機４と接続されている。
【００１４】
蒸発器３は、冷媒液Ｘ２を蒸発させて水等の冷却対象物から気化熱を奪うことによって冷却対象物を冷却するものである。この蒸発器３は、冷媒液Ｘ２が蒸発されることによって生じる冷媒ガスＸ４が流れる配管Ｒ５を介してターボ圧縮機４と接続されている。なお、配管Ｒ５は、ターボ圧縮機４が備える後述する第１圧縮段２１と接続されている。
【００１５】
ターボ圧縮機４は、冷媒ガスＸ４を圧縮して上記圧縮冷媒ガスＸ１とするものである。このターボ圧縮機４は、上述のように圧縮冷媒ガスＸ１が流れる配管Ｒ１を介して凝縮器１と接続されており、冷媒ガスＸ４が流れる配管Ｒ５を介して蒸発器３と接続されている。
【００１６】
このように構成されたターボ冷凍機Ｓ１においては、配管Ｒ１を介して凝縮器１に供給された圧縮冷媒ガスＸ１は、凝縮器１によって液化冷却されて冷媒液Ｘ２とされる。
冷媒液Ｘ２は、配管Ｒ２を介してエコノマイザ２に供給される際に膨張弁５によって減圧され、減圧された状態にてエコノマイザ２において一時的に貯留された後、配管Ｒ３を介して蒸発器３に供給される際に膨張弁６によってさらに減圧され、さらに減圧された状態にて蒸発器３に供給される。
蒸発器３に供給された冷媒液Ｘ２は、蒸発器３によって蒸発されて冷媒ガスＸ４とされ、配管Ｒ５を介してターボ圧縮機４に供給される。
ターボ圧縮機４に供給された冷媒ガスＸ４は、ターボ圧縮機４によって圧縮されて圧縮冷媒ガスＸ１とされ、再び配管Ｒ１を介して凝縮器１に供給される。
なお、冷媒液Ｘ２がエコノマイザ２に貯留されている際に発生した冷媒の気相成分Ｘ３は、配管Ｒ４を介してターボ圧縮機４に供給され、冷媒ガスＸ４と共に圧縮されて圧縮冷媒ガスＸ１として配管Ｒ１を介して凝縮器１に供給される。
そして、このようなターボ冷凍機Ｓ１では、蒸発器３にて冷媒液Ｘ２を蒸発される際に、冷却対象物から気化熱を奪うことによって、冷却対象物の冷却あるいは冷凍を行う。
【００１７】
続いて、本実施形態の特徴部分である上記ターボ圧縮機４についてより詳細に説明する。
図２は、ターボ圧縮機４の水平断面図である。
図３は、ターボ圧縮機４の垂直断面図である。
図４は、ターボ圧縮機４が備える圧縮機ユニット２０を拡大した垂直断面図である。
これらの図に示すように、本実施形態におけるターボ圧縮機４は、モータユニット１０と、圧縮機ユニット２０と、ギアユニット３０とを備えている。
【００１８】
モータユニット１０は、図２及び図３に示すように、出力軸１１を有すると共に圧縮機ユニット２０を駆動させるための駆動源となるモータ１２と、該モータ１２を囲むと共に上記モータ１２を支持するモータハウジング１３とを備えている。
なお、モータ１２の出力軸１１は、モータハウジング１３に固定される第１軸受１４と第２軸受１５とによって回転可能に支持されている。
また、モータハウジング１３は、ターボ圧縮機４を支持する脚部１３ａを備えている。そして、脚部１３ａの内部は、中空とされており、ターボ圧縮機４の摺動部位に供給される潤滑油が回収されると共に貯留される油タンク４０として用いられる。
【００１９】
圧縮ユニット２０は、冷媒ガスＸ４（図１参照）の流通する流路を形成すると共に当該流路において冷媒ガスＸ４を多段圧縮するものであり、冷媒ガスＸ４を吸入して圧縮する第１圧縮段２１と、第１圧縮段２１にて圧縮された冷媒ガスＸ４をさらに圧縮して圧縮冷媒ガスＸ１（図１参照）として排出する第２圧縮段２２とを備えている。
【００２０】
第１圧縮段２１は、図４に示すように、スラスト方向から供給される冷媒ガスＸ４に速度エネルギを付与してラジアル方向に排出する第１インペラ２１ａと、第１インペラ２１ａによって冷媒ガスＸ４に付与された速度エネルギを圧力エネルギに変換することによって圧縮する第１ディフューザ２１ｂと、第１ディフューザ２１ｂによって圧縮された冷媒ガスＸ４を第１圧縮段２１の外部に導出する第１スクロール室２１ｃと、冷媒ガスＸ４を吸入して第１インペラ２１ａに供給する吸入口２１ｄを備えている。
なお、第１ディフューザ２１ｂ、第１スクロール室２１ｃ及び吸入口２１ｄの一部は、第１インペラ２１ａを囲う第１ハウジング２１ｅによって形成されている。
【００２１】
第１インペラ２１ａは、回転軸２３に固定され、回転軸２３がモータ１２の出力軸１１から回転動力を伝達されて回転されることによって回転駆動される。
【００２２】
第１ディフューザ２１ｂは、第１インペラ２１ａの周囲に環状に配置されている。そして、本実施形態のターボ圧縮機４において、第１ディフューザ２１ｂは、第１ディフューザ２１ｂにおける冷媒ガスＸ４の旋回速度を低減させて速度エネルギを効率的に圧力エネルギに変換する複数のディフューザベーン２１ｆを備えるベーン付ディフューザである。
【００２３】
また、第１圧縮段２１の吸入口２１ｄには、第１圧縮段２１の吸入容量を調節するためのインレットガイドベーン２１ｇが複数設置されている。
各インレットガイドベーン２１ｇは、第１ハウジング２１ｅに固定された駆動機構２１ｈによって冷媒ガスＸ４の流れ方向からの見かけ上の面積が変更可能なように回転可能とされている。
【００２４】
第２圧縮段２２は、第１圧縮段２１にて圧縮されると共にスラスト方向から供給される冷媒ガスＸ４に速度エネルギを付与してラジアル方向に排出する第２インペラ２２ａと、第２インペラ２２ａによって冷媒ガスＸ４に付与された速度エネルギを圧力エネルギに変換することによって圧縮して圧縮冷媒ガスＸ１として排出する第２ディフューザ２２ｂと、第２ディフューザ２２ｂから排出された圧縮冷媒ガスＸ１を第２圧縮段２２の外部に導出する第２スクロール室２２ｃと、第１圧縮段２１にて圧縮された冷媒ガスＸ４を第２インペラ２２ａに導く導入スクロール室２２ｄとを備えている。
なお、第２ディフューザ２２ｂ、第２スクロール室２２ｃ及び導入スクロール室２２ｄの一部は、第２インペラ２２ａを囲う第２ハウジング２２ｅによって形成されている。
【００２５】
第２インペラ２２ａは、上記回転軸２３に第１インペラ２１ａと背面合わせとなるように固定され、回転軸２３がモータ１２の出力軸１１から回転動力を伝達されて回転されることによって回転駆動される。
【００２６】
第２ディフューザ２２ｂは、第２インペラ２２ａの周囲に環状に配置されている。そして、本実施形態のターボ圧縮機４において、第２ディフューザ２２ｂは、第２ディフューザ２２ｂにおける冷媒ガスＸ４の旋回速度を低減させて速度エネルギを効率的に圧力エネルギに変換するディフューザベーンを備えないベーンレスディフューザである。
【００２７】
第２スクロール室２２ｃは、圧縮冷媒ガスＸ１を凝縮器１に供給するための配管Ｒ１と接続されており、第２圧縮段２２から導出した圧縮冷媒ガスＸ１を配管Ｒ１に供給する。
【００２８】
なお、第１圧縮段２１の第１スクロール室２１ｃと、第２圧縮段２２の導入スクロール室２２ｄとは、第１圧縮段２１及び第２圧縮段２２とは別体で設けられる外部配管（不図示）を介して接続されており、該外部配管を介して第１圧縮段２１にて圧縮された冷媒ガスＸ４が第２圧縮段２２に供給される。この外部配管には、上述の配管Ｒ４（図１参照）が接続されており、エコノマイザ２にて発生した冷媒の気相成分Ｘ３が外部配管を介して第２圧縮段２２に供給される構成となっている。
【００２９】
また、回転軸２３は、第１圧縮段２１と第２圧縮段２２との間の空間５０において第２圧縮段２２の第２ハウジング２２ｅに固定される第３軸受２４（詳しくは後述）と、モータユニット１０側において第２ハウジング２２ｅに固定される第４軸受２５（図２参照）とによって回転可能に支持されている。なお、回転軸２３は、第１インペラ２１ａ及び第２インペラ２２ａがそれら背面側が対向する向きに固定される設計上、第４軸受２５側から第３軸受２４側に向うにつれて径が段階的に小径になるように形成される。
なお、ここで第２ハウジング２２ｅとは、多数のケーシング（構造体）の組合せの総称のことをいう。したがって、より厳密には、第３軸受２４が固定される部位と第４軸受２５が固定される部位とは、各々異なるケーシングに固定されることとなる。
【００３０】
ギアユニット３０は、図２に示すように、モータ１２の出力軸１１の回転動力を回転軸２３に伝達するためのものであり、モータユニット１０のモータハウジング１３と圧縮機ユニット２０の第２ハウジング２２ｅとによって形成される空間６０に収納されている。
このギアユニット３０は、モータ１２の出力軸１１に固定される大径歯車３１と、回転軸２３に固定されると共に大径歯車３１と噛み合う小径歯車３２とによって構成されており、出力軸１１の回転数に対して回転軸２３の回転数が増加するようにモータ１２の出力軸１１の回転動力を回転軸２３に伝達する。
【００３１】
また、ターボ圧縮機４は、軸受（第１軸受１４，第２軸受１５，第３軸受２４，第４軸受２５）、インペラ（第１インペラ２１ａ，第２インペラ２２ａ）とハウジング（第１ハウジング２１ｅ，第２ハウジング２２ｅ）との間、及びギアユニット３０等の摺動部位に油タンク４０に貯留された潤滑油（潤滑剤）を供給する潤滑油供給装置（潤滑剤供給装置）７０を備えている。なお、図面において潤滑油供給装置７０は、一部のみが図示されている。
なお、第３軸受２４が配置される空間５０とギアユニット３０が収納される空間６０とは、第２ハウジング２２ｅに形成された貫通孔８０によって接続されており、さらに空間６０と油タンク４０とは接続されている。このため、空間５０，６０に供給されて摺動部位から流れ落ちた潤滑油は、油タンク４０に回収される。
【００３２】
続いて、回転軸２３を軸周りに回転自在に支持する第３軸受２４の構成について図５を参照して説明する。
図５は、図４における第３軸受２４の要部拡大概略図である。
第３軸受２４は、第１インペラ２１ａと第２インペラ２２ａとの間において、回転軸２３を軸周りに回転自在に支持する正面合わせのアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂを有する構成となっている。また、第３軸受２４は、正面合わせのアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂの間からその両者に潤滑油を供給する流路を形成する間座１０１を有している。間座１０１は、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂの間において取付けられる構成となっている。
【００３３】
第３軸受２４は、回転軸２３に一体的に設けられた回転軸スリーブ２３Ａを介して回転軸２３を支持する構成となっている。回転軸スリーブ２３Ａは、第１インペラ２１ａの背面側に設けられた第１ラビリンスシール２１ｅ１と、第２インペラ２２ａの背面側に設けられた第２ラビリンスシール２２ｅ１との間に配設される。
第３軸受２４の内輪は、その厚さ方向（スラスト方向）において、回転軸スリーブ２３Ａと、回転軸スリーブ２３Ａに取付けられるロックナット２３Ｂとによって固定される。
一方、第３軸受２４の外輪は、その厚さ方向（スラスト方向）において、第２圧縮段隔壁２２ｅ２と、第２圧縮段隔壁２２ｅ２及び第２ラビリンスシール２２ｅ１との間に固定された軸押さえ部材２２ｅ３とによって固定される。
【００３４】
また、第３軸受２４上方には、潤滑油供給装置７０が設けられており、本実施形態では、上側の第２圧縮段隔壁２２ｅ２を垂直下方に貫通して潤滑油供給装置７０の供給管７０ａが間座１０１に接続されている。さらに、下側の第２圧縮段隔壁２２ｅ２には潤滑剤を排出する排出孔７０ｂが下側の間座１０１と連通して設けられる構成となっている。
【００３５】
次に、このように構成されたターボ圧縮機４の動作及び第３軸受２４の作用について説明する。
【００３６】
まず、潤滑油供給装置７０によって、図２及び図３に示すように、ターボ圧縮機４の摺動部位に油タンク４０から潤滑油が供給され、その後モータ１２が駆動される。そして、モータ１２の出力軸１１の回転動力がギアユニット３０を介して回転軸２３に伝達され、これによって圧縮機ユニット２０の第１インペラ２１ａと第２インペラ２２ａとが回転駆動される。
【００３７】
第１インペラ２１ａが回転駆動されると、図４に示すように、第１圧縮段２１の吸入口２１ｄが負圧状態となり、流路Ｒ５からの冷媒ガスＸ４が吸入口２１ｄを介して第１圧縮段２１に流入する。
第１圧縮段２１の内部に流入した冷媒ガスＸ４は、第１インペラ２１ａにスラスト方向から流入し、第１インペラ２１ａによって速度エネルギを付与されてラジアル方向に排出される。
第１インペラ２１ａから排出された冷媒ガスＸ４は、第１ディフューザ２１ｂによって速度エネルギを圧力エネルギに変換されることで圧縮される。第１ディフューザ２１ｂから排出された冷媒ガスＸ４は、第１スクロール室２１ｃを介して第１圧縮段２１の外部に導出される。
そして、第１圧縮段２１の外部に導出された冷媒ガスＸ４は、外部配管を介して第２圧縮段２２に供給される。
【００３８】
第２圧縮段２２に供給された冷媒ガスＸ４は、導入スクロール室２２ｄを介してスラスト方向から第２インペラ２２ａに流入し、第２インペラ２２ａによって速度エネルギを付与されたラジアル方向に排出される。
第２インペラ２２ａから排出された冷媒ガスＸ４は、第２ディフューザ２２ｂによって速度エネルギを圧力エネルギに変換されることでさらに圧縮されて圧縮冷媒ガスＸ１とされる。
第２ディフューザ２２ｂから排出された圧縮冷媒ガスＸ１は、第２スクロール室２２ｃを介して第２圧縮段２２の外部に導出される。
そして、第２圧縮段２２の外部に導出された圧縮冷媒ガスＸ１は、流路Ｒ１を介して凝縮器１に供給される。
【００３９】
このとき、回転軸２３には、第１インペラ２１ａ及び第２インペラ２２ａの駆動によりラジアル荷重及びスラスト荷重が作用する。
第３軸受２４は、図５に示すように、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂで構成されているため、ラジアル荷重だけでなくスラスト荷重も受けることができる。また、第３軸受２４は、第１インペラ２１ａ及び第２インペラ２２ａの間において回転軸２３を支持する構成であるため、第２インペラ２２ａ手前側（図２において第２インペラ２２ａ左側）で回転軸２３を支持する構成と比べて、オーバーハング量を低減することができ、回転軸２３にかかるオーバーハング荷重を低減することができる。
【００４０】
また、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂは、正面組合せの構成であるため、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂの転動体の作用線が、それぞれ所定の接触角で内側に漸次近接するように形成される。したがって、正面組合せの構成は、背面組合せと比べて作用点距離が小さくなるためモーメント荷重による負荷能力は劣るものの、本実施形態ではこれを意図的に選択することにより、曲げのラジアル剛性を低くして回転軸２３の芯のズレを吸収できる許容量を大きくし、回転を円滑にさせることができる。この作用は、本実施形態のターボ圧縮機４のような複数のケーシングで構成されて、ケーシングの寸法精度や、それらケーシングの組合せ精度及び回転軸２３の径の小ささ等に起因する回転軸２３の傾き及び撓みが大きくなる場合に特に効果がある。
【００４１】
さらに、潤滑油供給装置７０が上方からアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂの正面組合せの間において潤滑油を供給すると、潤滑油は、先ず供給管７０ａを介して間座１０１に供給された後、間座１０１設けられた流路を介してアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂのそれぞれに供給されることとなる。
正面組合せの場合にその間においてその上方から潤滑油を供給すると、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂの肩おとし外輪及び内輪の組合せ構造により、軸方向において内側から外側に向うにつれて潤滑油の流路Ｒ（図５参照）が下方に勾配するように形成されるため、当該構成上の高低差を利用して該正面組合せのアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂに対する潤滑油供給を円滑に且つ一箇所から容易に行うことができる。また、上方において潤滑油の供給を受け、上記作用により転動体、転動体と外輪との間及び転動体と内輪との間において円滑に潤滑油が供給された状態で、それらが回転駆動することによって、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂの周全体に亘って潤滑油が容易に供給されることとなる。
なお、供給された潤滑油は、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂの軸方向における外側、または、排出孔７０ｂを介して空間５０に排出され、図３に示す、貫通孔８０、空間６０を経て油タンク４０に再び回収されることとなる。
【００４２】
したがって、上述した本実施形態によれば、軸周りに回転自在に支持された回転軸２３に、上記軸方向において互いに所定の距離で離間すると共に互いの背面側が対向する向きに固定された第１インペラ２１ａ及び第２インペラ２２ａを有するターボ圧縮機４であって、第１インペラ２１ａと第２インペラ２２ａとの間において、回転軸２３を上記軸周りに回転自在に支持する正面組合せのアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂを有するという構成を採用することによって、第１インペラ２１ａと第２インペラ２２ａとの間において回転軸２３を支持することでオーバーハング荷重を低減させると共に、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂによってラジアル方向のみならずスラスト方向の荷重も受けることができ、さらに、正面組合せのアンギュラ玉軸受を採用することで、回転軸の傾きに対する許容量を大きくすることができる。
したがって、本発明では、回転軸２３の傾きに対してロバスト性が向上し、第３軸受２４の損傷防止、高寿命化を図ることができるターボ圧縮機４を提供することができる効果がある。
【００４３】
また、本実施形態では、回転軸２３の一端側が、第２ハウジング２２ｅを構成するケーシングに正面組合せのアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂを介して支持され、上記回転軸の他端側が、上記ケーシングとは異なる第２ハウジング２２ｅを構成するケーシングに第４軸受２５を介して支持されるという構成を採用することによって、多数のケーシングの組合せによって回転軸２３が異なるケーシングに支持される場合に、回転軸２３に発生しやすい偏芯による傾きに対応することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、正面組合せのアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂに、上記正面組合せの間において上方から潤滑油を供給する潤滑油供給装置７０を有するという構成を採用することによって、正面組合せの場合にその間において上方から潤滑油を供給すると、アンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂの肩おとし外輪及び内輪の組合せ構造により、軸方向において内側から外側に向うにつれて潤滑油の流路Ｒが下方に勾配するように形成されるため、当該正面組合せのアンギュラ玉軸受１００Ａ及びアンギュラ玉軸受１００Ｂに対する潤滑油供給を円滑に且つ一箇所から行うことができる。
【００４５】
また、本実施形態では、圧縮された冷媒ガスＸ４を冷却液化する凝縮器１と、液化された冷媒ガスＸ４を蒸発させて冷却対象物から気化熱を奪うことによって上記冷却対象物を冷却する蒸発器３と、蒸発器３にて蒸発された冷媒ガスＸ４を圧縮して凝縮器１に供給する圧縮機とを備えるターボ冷凍機Ｓ１であって、上記圧縮機として、上記記載のターボ圧縮機４を備えるという構成を採用することによって、軸受の損傷防止、長寿命化を図ることができるターボ圧縮機４を備えるターボ冷凍機Ｓ１が得られる。
【００４６】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態におけるターボ冷凍機の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態におけるターボ冷凍機が備えるターボ圧縮機の水平断面図である。
【図３】本発明の実施形態におけるターボ冷凍機が備えるターボ圧縮機の垂直断面図である。
【図４】本発明の実施形態におけるターボ圧縮機が備える圧縮機ユニットを拡大した垂直断面図である。
【図５】本発明の実施形態における第３軸受を示す図４における要部拡大概略図である。
【符号の説明】
【００４８】
Ｓ１……ターボ冷凍機（冷凍機）、１……凝縮器、３……蒸発器、４……ターボ圧縮機、２１……第１圧縮段、２１ａ……第１インペラ、２１ｂ……第１ディフューザ、２２ｅ……第２ハウジング、２１ｆ……ディフューザベーン、２２……第２圧縮段、２２ａ……第２インペラ、２２ｂ……第２ディフューザ、２３……回転軸、２４……第３軸受、２５……第４軸受、７０……潤滑油供給装置（潤滑剤供給装置）、１００Ａ，１００Ｂ……アンギュラ玉軸受、１０１……間座、Ｘ１……圧縮冷媒ガス（冷媒）、Ｘ２……冷媒液（冷媒）、Ｘ３……気相成分（冷媒）、Ｘ４……冷媒ガス（冷媒）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸周りに回転自在に支持された回転軸に、前記軸方向において互いに所定の距離で離間すると共に互いの背面側が対向する向きに固定された第１インペラ及び第２インペラを有するターボ圧縮機であって、
前記第１インペラと前記第２インペラとの間において、前記回転軸を前記軸周りに回転自在に支持する正面組合せのアンギュラ玉軸受を有することを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項２】
前記回転軸の一端側が、第１構造体に前記正面組合せのアンギュラ玉軸受を介して支持され、
前記回転軸の他端側が、前記第１構造体とは異なる第２構造体に支持されることを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機。
【請求項３】
前記正面組合せのアンギュラ玉軸受に、前記正面組合せの間において上方から潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置を有することを特徴とする請求項１または２に記載のターボ圧縮機。
【請求項４】
圧縮された冷媒を冷却液化する凝縮器と、液化された前記冷媒を蒸発させて冷却対象物から気化熱を奪うことによって前記冷却対象物を冷却する蒸発器と、前記蒸発器にて蒸発された前記冷媒を圧縮して前記凝縮器に供給する圧縮機とを備える冷凍機であって、
前記圧縮機として、請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボ圧縮機を備えることを特徴とする冷凍機。
【請求項１】
軸周りに回転自在に支持された回転軸に、前記軸方向において互いに所定の距離で離間すると共に互いの背面側が対向する向きに固定された第１インペラ及び第２インペラを有するターボ圧縮機であって、
前記第１インペラと前記第２インペラとの間において、前記回転軸を前記軸周りに回転自在に支持する正面組合せのアンギュラ玉軸受を有することを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項２】
前記回転軸の一端側が、第１構造体に前記正面組合せのアンギュラ玉軸受を介して支持され、
前記回転軸の他端側が、前記第１構造体とは異なる第２構造体に支持されることを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機。
【請求項３】
前記正面組合せのアンギュラ玉軸受に、前記正面組合せの間において上方から潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置を有することを特徴とする請求項１または２に記載のターボ圧縮機。
【請求項４】
圧縮された冷媒を冷却液化する凝縮器と、液化された前記冷媒を蒸発させて冷却対象物から気化熱を奪うことによって前記冷却対象物を冷却する蒸発器と、前記蒸発器にて蒸発された前記冷媒を圧縮して前記凝縮器に供給する圧縮機とを備える冷凍機であって、
前記圧縮機として、請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボ圧縮機を備えることを特徴とする冷凍機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１８５７１５（Ｐ２００９−１８５７１５Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７０７４（Ｐ２００８−２７０７４）
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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