JP2017223187A

JP2017223187A - Turbomachine

Info

Publication number: JP2017223187A
Application number: JP2016120374A
Authority: JP
Inventors: 和之甲田; Kazuyuki Koda; 雄司尾形; Yuji Ogata; 直芳庄山; Naoyoshi Shoyama; 昭宏近藤; Akihiro Kondo; 長谷川　寛; Hiroshi Hasegawa; 寛長谷川
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-06-17
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2017-12-21

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbomachine having high reliability.SOLUTION: A turbomachine (1a) of the disclosure includes: a rotary shaft (11); a fluid bearing (31); a bearing housing (32); a lubricant case (34); a supply pipe (40); and a pump (60). The fluid bearing (31) is a cylindrical bearing supporting the rotary shaft (11). The bearing housing (32) forms an annular space (51) for forming a squeeze film damper with an outer peripheral surface of the fluid bearing (31). The lubricant case (34) forms a storage space (34a) for storing a lubricant. The supply pipe (40) is connected with the lubricant case (34). The pump (60) is connected the supply pipe (40) and pumps the lubricant toward the storage space (34a). The fluid bearing (31) has a supply hole (52). The bearing housing (32) has a discharge hole (53).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、ターボ機械に関する。 The present disclosure relates to turbomachines.

ヒートポンプ装置及び冷凍サイクル装置では、回転する翼車の運動エネルギーを利用して冷媒の圧力を高めるターボ圧縮機等のターボ機械が使用されることがある。 In the heat pump apparatus and the refrigeration cycle apparatus, a turbo machine such as a turbo compressor that uses the kinetic energy of the rotating impeller to increase the pressure of the refrigerant may be used.

例えば、特許文献１には、遠心翼車を有する圧縮機構部を備えたヒートポンプ装置が記載されている。このヒートポンプ装置の圧縮−膨張冷却サイクル（冷凍サイクル）に使用される流体（冷媒）は水であり、遠心翼車が取り付けられている軸を支持する軸受に水軸受が利用されている。換言すると、特許文献１には、冷凍サイクルの冷媒と同一種類の流体を遠心翼車が取り付けられている軸を支持する軸受の潤滑に利用することが記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a heat pump device including a compression mechanism having a centrifugal impeller. The fluid (refrigerant) used in the compression-expansion cooling cycle (refrigeration cycle) of this heat pump device is water, and a water bearing is used as a bearing that supports a shaft to which a centrifugal impeller is attached. In other words, Patent Document 1 describes that the same type of fluid as the refrigerant in the refrigeration cycle is used for lubricating the bearing that supports the shaft to which the centrifugal impeller is attached.

また、モータ及び発電機等の回転装置において、回転軸の振動低減のためにスクイーズフィルムダンパーを構成する軸受支持構造が知られている。 In addition, in a rotating device such as a motor and a generator, a bearing support structure that constitutes a squeeze film damper is known for reducing vibration of a rotating shaft.

例えば、特許文献２には、図５に示す通り、軸受支持構造３００が記載されている。軸受支持構造３００は、回転軸３０６を支持するための軸受３０５と、軸受ケース３０４と、軸受ハウジングとしての蓋部材３０２とを備えている。軸受３０５は玉軸受である。軸受ケース３０４は、軸受３０５を支持している。蓋部材３０２には、給油経路３２６が形成されている。軸受ケース３０４の外周面には、第１給油溝３４１、第２給油溝３４２、大径部３４３、及び排油溝３４４が形成されている。排油溝３４４の中間位置にはＯリング溝３４５が形成されている。軸受ケース３０４の両端部のそれぞれには、円周方向に３つの排油口３４７が形成されている。３つの排油口３４７のうちの１つは、鉛直上側に位置するように形成されている。排油口３４７は、排油溝３４４の一部を軸受ケース３０４の内周面側に開放する。軸受ケース３０４は、Ｏリング溝３４５に嵌め込まれたＯリング３３３を介して蓋部材３０２の円筒部の内周面３２２ａに対し弾性的に支持されている。これにより、大径部３４３は、内周面３２２ａとの間で０．１ｍｍ程度の僅かな平行隙間を形成し、この平行隙間に油が供給されることによってスクイーズフィルムダンパーが構成される。 For example, Patent Document 2 describes a bearing support structure 300 as shown in FIG. The bearing support structure 300 includes a bearing 305 for supporting the rotating shaft 306, a bearing case 304, and a lid member 302 as a bearing housing. The bearing 305 is a ball bearing. The bearing case 304 supports the bearing 305. An oil supply path 326 is formed in the lid member 302. A first oil supply groove 341, a second oil supply groove 342, a large diameter portion 343, and an oil discharge groove 344 are formed on the outer peripheral surface of the bearing case 304. An O-ring groove 345 is formed at an intermediate position of the oil drain groove 344. Three oil drain ports 347 are formed in the circumferential direction at each of both ends of the bearing case 304. One of the three oil discharge ports 347 is formed so as to be positioned vertically upward. The oil drain port 347 opens a part of the oil drain groove 344 to the inner peripheral surface side of the bearing case 304. The bearing case 304 is elastically supported with respect to the inner peripheral surface 322 a of the cylindrical portion of the lid member 302 via an O-ring 333 fitted in the O-ring groove 345. As a result, the large-diameter portion 343 forms a slight parallel gap of about 0.1 mm with the inner peripheral surface 322a, and oil is supplied to the parallel gap to constitute a squeeze film damper.

油は、給油経路３２６を通じて第１給油溝３４１に供給され、さらに第２給油溝３４２を通過して大径部３４３に送られる。大径部３４３を通過した油は、排油溝３４４に達する。大径部３４３を通過した油は、排油口３４７を通過して排出される。この際、排油口３４７の一部が鉛直上側に配置されているので、排油口３４７を通じて排出された油が回転軸３０６に対して直上より供給され、軸受３０５に対して供給される。これにより、スクイーズフィルムダンパーとしての効果を得るために供給する油が同時に軸受３０５の潤滑油としても作用する。 The oil is supplied to the first oil supply groove 341 through the oil supply path 326, further passes through the second oil supply groove 342, and is sent to the large diameter portion 343. The oil that has passed through the large diameter portion 343 reaches the oil drain groove 344. The oil that has passed through the large diameter portion 343 passes through the oil discharge port 347 and is discharged. At this time, since a part of the oil discharge port 347 is arranged vertically upward, the oil discharged through the oil discharge port 347 is supplied from directly above to the rotating shaft 306 and supplied to the bearing 305. Thereby, the oil supplied in order to acquire the effect as a squeeze film damper acts also as lubricating oil of the bearing 305 simultaneously.

特開２００１−１６５５１４号公報JP 2001-165514 A 特開２０１３−２０４７４０号公報JP2013-204740A

特許文献１及び２に記載の技術に鑑みると、ターボ機械の信頼性を高める余地がある。そこで、本開示は、高い信頼性を有するターボ機械を提供する。 In view of the techniques described in Patent Documents 1 and 2, there is room for improving the reliability of the turbomachine. Thus, the present disclosure provides a turbo machine having high reliability.

本開示は、
回転軸と、
前記回転軸の外周面との間に潤滑剤である冷媒を受け入れる環状の隙間を形成する内周面を有し、前記回転軸を支持する円筒状の流体軸受と、
前記流体軸受の外周面との間に前記潤滑剤によってスクイーズフィルムダンパーを形成するための環状空間を形成する内周面を有し、前記流体軸受を取り囲む軸受ハウジングと、
前記環状の隙間に供給されるべき前記潤滑剤が貯留される貯留空間を形成する潤滑剤ケースと、
前記潤滑剤ケースに接続され、前記貯留空間に前記潤滑剤を供給する供給管と、
前記供給管に接続され、前記貯留空間に向かって前記潤滑剤を圧送するポンプと、を備え、
前記流体軸受は、前記貯留空間に接する第一開口及び前記環状空間に接する第二開口を含むとともに前記第一開口から前記第二開口まで延びている供給孔を有し、
前記軸受ハウジングは、前記環状空間から当該軸受ハウジングの外部に向かって延びている排出孔を有する、
ターボ機械を提供する。 This disclosure
A rotation axis;
A cylindrical fluid bearing that has an inner peripheral surface that forms an annular gap for receiving a coolant that is a lubricant between the outer peripheral surface of the rotary shaft and supports the rotary shaft;
A bearing housing having an inner peripheral surface forming an annular space for forming a squeeze film damper with the lubricant between the outer peripheral surface of the fluid bearing and surrounding the fluid bearing;
A lubricant case that forms a storage space in which the lubricant to be supplied to the annular gap is stored;
A supply pipe connected to the lubricant case and supplying the lubricant to the storage space;
A pump connected to the supply pipe and pumping the lubricant toward the storage space;
The fluid bearing includes a first opening that contacts the storage space and a second opening that contacts the annular space, and has a supply hole extending from the first opening to the second opening,
The bearing housing has a discharge hole extending from the annular space toward the outside of the bearing housing.
Provide turbomachinery.

上記のターボ機械は、高い信頼性を有する。 The above turbomachine has high reliability.

図１は、第１実施形態に係るターボ機械を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a turbo machine according to the first embodiment. 図２は、図１に記載のターボ機械の一部を拡大した断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a part of the turbo machine shown in FIG. 図３は、変形例に係るターボ機械の一部を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a part of a turbo machine according to a modification. 図４は、第２実施形態に係るターボ機械を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a turbo machine according to the second embodiment. 図５は、従来の軸受支持構造を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a conventional bearing support structure.

＜本発明者らの検討に基づく知見＞
ターボ圧縮機等のターボ機械は、多くの場合、高速回転で運転される。ターボ機械において回転体を高速で回転させると、回転軸の周速が速く摩擦損失が大きくなりやすい。摩擦損失を低減するために、低粘度の潤滑剤を使用することが考えられる。特許文献１に記載の技術によれば、冷媒と同一種類の流体である水が軸受の潤滑剤として使用されており、軸受の潤滑剤の粘度は低いと考えられる。このため、特許文献１に記載の技術は、摩擦損失を低減する観点からは有利である。しかし、低粘度の潤滑剤を使用すると、軸受の減衰係数が低下して、ターボ機械の回転体の共振点に対応する危険速度における減衰比が低下する可能性がある。このため、ターボ機械において振動が増加する可能性がある。また、ターボ機械は高速回転で運転される必要があるので、ターボ機械は多くの危険速度で運転される必要があり、オイルホワールのような不安定振動を抑えて軸受の安定性を高める必要がある。 <Knowledge based on studies by the present inventors>
Turbomachines such as turbocompressors are often operated at high speed. When a rotating body is rotated at a high speed in a turbo machine, the peripheral speed of the rotating shaft is high and friction loss tends to increase. In order to reduce friction loss, it is conceivable to use a low viscosity lubricant. According to the technique described in Patent Document 1, water, which is the same type of fluid as the refrigerant, is used as a bearing lubricant, and the viscosity of the bearing lubricant is considered to be low. For this reason, the technique described in Patent Document 1 is advantageous from the viewpoint of reducing friction loss. However, if a low viscosity lubricant is used, the damping coefficient of the bearing may be reduced, and the damping ratio at the critical speed corresponding to the resonance point of the turbomachine rotor may be reduced. For this reason, vibration may increase in the turbomachine. In addition, since turbomachines need to be operated at high speed, turbomachines need to be operated at many dangerous speeds, and it is necessary to suppress unstable vibrations such as oil whirls and improve bearing stability. is there.

そこで、これらの問題を解決するために、減衰機構としてスクイーズフィルムダンパーを利用することが考えられる。スクイーズフィルムダンパーは、特許文献２に記載のように、例えば、軸受の外周面に軸受ケースを設けたうえで軸受を軸受ケースに固定し、軸受ケースと軸受ハウジングとの間の隙間に形成されることが多い。なお、特許文献２では、特許文献２に記載の技術を冷凍サイクルのターボ機械に利用することは想定されておらず、軸受３０５の潤滑のために冷媒ではなく油が使用されている。このため、特許文献２に記載の技術を、特許文献１に記載の技術と組み合わせる動機は通常発生しない。しかし、仮に、冷凍サイクルのターボ機械において、特許文献２に記載の技術に倣い、冷媒と同一種類の流体をスクイーズフィルムダンパーに供給した後に軸受の潤滑に利用したとしても、次のような問題が発生する。 In order to solve these problems, it is conceivable to use a squeeze film damper as a damping mechanism. The squeeze film damper is formed in a gap between the bearing case and the bearing housing, for example, by providing a bearing case on the outer peripheral surface of the bearing and fixing the bearing to the bearing case as described in Patent Document 2. There are many cases. In Patent Document 2, it is not assumed that the technique described in Patent Document 2 is applied to a turbomachine of a refrigeration cycle, and oil is used instead of a refrigerant for lubricating the bearing 305. For this reason, the motive which combines the technique of patent document 2 with the technique of patent document 1 does not usually generate | occur | produce. However, even if the turbomachine of the refrigeration cycle is used for lubricating the bearing after supplying the same type of fluid as the refrigerant to the squeeze film damper according to the technique described in Patent Document 2, the following problems occur. Occur.

冷媒と同一種類の流体である潤滑剤は、軸受ハウジングと軸受ケースとの隙間を通過するときに軸受を冷却しにくい。このため、軸受が高温に保たれやすい。冷媒は油の沸点よりも低い沸点を有することが多い。このため、冷媒と同一種類の流体である潤滑剤が軸受と回転軸との隙間を通過するときに高温の軸受の内周面付近で潤滑剤の温度が上昇してキャビテーションが発生しやすい。このため、キャビテーションの発生により軸受の潤滑が不十分となり軸受が損傷する可能性がある。その結果、ターボ機械の信頼性が低下する可能性がある。 The lubricant, which is the same type of fluid as the refrigerant, is difficult to cool the bearing when passing through the gap between the bearing housing and the bearing case. For this reason, a bearing is easy to be kept at high temperature. The refrigerant often has a boiling point lower than that of oil. For this reason, when the lubricant, which is the same type of fluid as the refrigerant, passes through the gap between the bearing and the rotary shaft, the temperature of the lubricant rises in the vicinity of the inner peripheral surface of the high-temperature bearing, and cavitation tends to occur. For this reason, the lubrication of the bearing becomes insufficient due to the occurrence of cavitation, and the bearing may be damaged. As a result, the reliability of the turbomachine may be reduced.

本発明者らは、このような課題を新たに見出したうえで、この課題を解決するための手段について日夜検討を重ね、本開示のターボ機械を案出した。なお、上記の知見は、本発明者らの検討に基づく知見であり、上記の知見を先行技術として自認するわけではない。 The inventors have newly found such a problem, and have repeatedly studied day and night on means for solving the problem, and have devised a turbo machine of the present disclosure. In addition, said knowledge is knowledge based on examination of the present inventors, and does not necessarily admit said knowledge as prior art.

本開示の第１態様は、
回転軸と、
前記回転軸の外周面との間に潤滑剤である冷媒を受け入れる環状の隙間を形成する内周面を有し、前記回転軸を支持する円筒状の流体軸受と、
前記流体軸受の外周面との間に前記潤滑剤によってスクイーズフィルムダンパーを形成するための環状空間を形成する内周面を有し、前記流体軸受を取り囲む軸受ハウジングと、
前記環状の隙間に供給されるべき前記潤滑剤が貯留される貯留空間を形成する潤滑剤ケースと、
前記潤滑剤ケースに接続され、前記貯留空間に前記潤滑剤を供給する供給管と、
前記供給管に接続され、前記貯留空間に向かって前記潤滑剤を圧送するポンプと、を備え、
前記流体軸受は、前記貯留空間に接する第一開口及び前記環状空間に接する第二開口を含むとともに前記第一開口から前記第二開口まで延びている供給孔を有し、
前記軸受ハウジングは、前記環状空間から当該軸受ハウジングの外部に向かって延びている排出孔を有する、
ターボ機械を提供する。 The first aspect of the present disclosure is:
A rotation axis;
A cylindrical fluid bearing that has an inner peripheral surface that forms an annular gap for receiving a coolant that is a lubricant between the outer peripheral surface of the rotary shaft and supports the rotary shaft;
A bearing housing having an inner peripheral surface forming an annular space for forming a squeeze film damper with the lubricant between the outer peripheral surface of the fluid bearing and surrounding the fluid bearing;
A lubricant case that forms a storage space in which the lubricant to be supplied to the annular gap is stored;
A supply pipe connected to the lubricant case and supplying the lubricant to the storage space;
A pump connected to the supply pipe and pumping the lubricant toward the storage space;
The fluid bearing includes a first opening that contacts the storage space and a second opening that contacts the annular space, and has a supply hole extending from the first opening to the second opening,
The bearing housing has a discharge hole extending from the annular space toward the outside of the bearing housing.
Provide turbomachinery.

第１態様によれば、ポンプにより圧力が高められた貯留空間に貯留された潤滑剤は、回転軸の外周面と流体軸受の内周面との間の環状の隙間に供給されて液膜を形成して流体軸受を潤滑する。加えて、貯留空間に貯留された潤滑剤は、供給孔を通って環状空間に供給され、スクイーズフィルムダンパーを形成した後、排出孔を通って排出される。このように、潤滑剤が環状空間に供給される前に供給孔を通過するので、流体軸受から潤滑剤へ受け渡される熱の量が多く、流体軸受の温度上昇が抑制された状態で流体軸受における熱収支が安定しやすい。これにより、回転軸の外周面と流体軸受の内周面との間の環状の隙間に供給されて液膜を形成している潤滑剤の温度が沸点以下に保たれやすく、キャビテーションの発生が抑制されて流体軸受を良好に潤滑できる。その結果、第１態様のターボ機械は高い信頼性を有する。 According to the first aspect, the lubricant stored in the storage space whose pressure has been increased by the pump is supplied to the annular gap between the outer peripheral surface of the rotating shaft and the inner peripheral surface of the fluid bearing, and the liquid film is formed. Form and lubricate fluid bearings. In addition, the lubricant stored in the storage space is supplied to the annular space through the supply hole, and after forming the squeeze film damper, the lubricant is discharged through the discharge hole. Thus, since the lubricant passes through the supply hole before being supplied to the annular space, the amount of heat transferred from the fluid bearing to the lubricant is large, and the fluid bearing is in a state in which the temperature rise of the fluid bearing is suppressed. The heat balance at is easy to stabilize. As a result, the temperature of the lubricant that is supplied to the annular gap between the outer peripheral surface of the rotating shaft and the inner peripheral surface of the fluid bearing and forms a liquid film is easily kept below the boiling point, and the occurrence of cavitation is suppressed. Thus, the fluid bearing can be lubricated well. As a result, the turbomachine of the first aspect has high reliability.

本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記供給孔は、前記流体軸受の半径方向において前記第二開口よりも内側に前記第一開口を含み、かつ、前記流体軸受の軸線に対して傾斜した軸線を有する、ターボ機械を提供する。第２態様によれば、供給孔を通過する潤滑剤によって流体軸受の内周面付近を効果的に冷却できる。このため、環状の隙間における潤滑剤の温度上昇を抑制できる。加えて、流体軸受に供給孔を形成するための加工が容易である。 According to a second aspect of the present disclosure, in addition to the first aspect, the supply hole includes the first opening inside the second opening in a radial direction of the fluid bearing, and is on the axis of the fluid bearing. A turbomachine having an axis inclined with respect to the same is provided. According to the second aspect, the vicinity of the inner peripheral surface of the fluid bearing can be effectively cooled by the lubricant passing through the supply hole. For this reason, the temperature rise of the lubricant in the annular gap can be suppressed. In addition, processing for forming the supply hole in the fluid bearing is easy.

本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様に加えて、前記回転軸の軸線方向に前記流体軸受から離れて形成された吸入空間において前記回転軸に固定された翼車をさらに備え、前記軸受ハウジングは、前記流体軸受の前記翼車側の端面に隣接するとともに前記吸入空間に連通している排出空間を形成する隔壁を有し、前記排出孔は、前記排出空間に開口している、ターボ機械を提供する。排出孔における潤滑剤は、ポンプの働きにより吸入空間における冷媒の圧力よりも高い圧力を有する。排出空間は吸入空間に連通しているので、排出孔における潤滑剤の圧力と吸入空間における冷媒の圧力との差によって排出孔から排出空間に潤滑剤が排出される。また、排出孔における潤滑剤の圧力と吸入空間における冷媒の圧力との差により、供給孔、環状空間、及び排出孔における潤滑剤の流量が増加する。このため、流体軸受から潤滑剤へ受け渡される熱の量が多く、より確実に、流体軸受の温度上昇が抑制された状態で流体軸受における熱収支が安定しやすい。これにより、回転軸の外周面と流体軸受の内周面との間の環状の隙間に供給されて液膜を形成している潤滑剤の温度がより確実に沸点以下に保たれやすく、キャビテーションの発生をより確実に抑制できる。このため、流体軸受をより確実に良好に潤滑できる。その結果、第３態様のターボ機械は高い信頼性を有する。 In addition to the first aspect or the second aspect, the third aspect of the present disclosure further includes an impeller fixed to the rotary shaft in a suction space formed away from the fluid bearing in the axial direction of the rotary shaft. The bearing housing has a partition wall that is adjacent to the end surface of the fluid bearing on the impeller side and forms a discharge space that communicates with the suction space, and the discharge hole opens into the discharge space. Provide turbomachinery. The lubricant in the discharge hole has a pressure higher than the pressure of the refrigerant in the suction space by the action of the pump. Since the discharge space communicates with the suction space, the lubricant is discharged from the discharge hole into the discharge space due to the difference between the pressure of the lubricant in the discharge hole and the pressure of the refrigerant in the suction space. Further, the flow rate of the lubricant in the supply hole, the annular space, and the discharge hole increases due to the difference between the pressure of the lubricant in the discharge hole and the pressure of the refrigerant in the suction space. For this reason, the amount of heat transferred from the fluid bearing to the lubricant is large, and the heat balance in the fluid bearing is likely to be stabilized in a state where the temperature rise of the fluid bearing is suppressed more reliably. As a result, the temperature of the lubricant that is supplied to the annular gap between the outer peripheral surface of the rotating shaft and the inner peripheral surface of the fluid bearing and forms a liquid film is more easily maintained below the boiling point. Generation can be suppressed more reliably. For this reason, a fluid bearing can be lubricated more reliably and reliably. As a result, the turbomachine of the third aspect has high reliability.

本開示の第４態様は、
ターボ機械を運転する方法であって、
（ｉ）第１態様〜第３態様のいずれか１つの態様のターボ機械を提供し、
（ii）前記回転軸を回転させ、
（iii）前記ポンプを作動させて前記貯留空間に前記潤滑剤を圧送し、
（iv）前記ポンプによって高められた前記潤滑剤の圧力により前記貯留空間から前記供給孔を通過させて前記環状空間に前記潤滑剤を供給し、
（ｖ）前記環状空間から前記排出孔を通過させて前記流体軸受の外部に前記潤滑剤を排出する、
方法を提供する。 The fourth aspect of the present disclosure is:
A method of operating a turbomachine,
(I) providing a turbomachine according to any one of the first to third aspects;
(Ii) rotating the rotating shaft;
(Iii) operating the pump to pump the lubricant into the storage space;
(Iv) supplying the lubricant to the annular space by passing the supply hole from the storage space by the pressure of the lubricant increased by the pump;
(V) discharging the lubricant from the annular space to the outside of the fluid bearing through the discharge hole;
Provide a method.

第４態様によれば、第１態様〜第３態様のターボ機械が高い信頼性を発揮できる。 According to the fourth aspect, the turbo machine according to the first to third aspects can exhibit high reliability.

本開示の第５態様は、第４態様に加えて、
（ｉ）において、第３態様のターボ機械を提供し、
前記排出孔における前記潤滑剤は、前記ポンプによって前記潤滑剤の圧力が高められていることにより、前記吸入空間における前記冷媒の圧力よりも高い圧力を有し、
（ｖ）において、前記排出孔における前記潤滑剤の圧力と前記吸入空間における前記冷媒の圧力との差により、前記環状空間から前記排出孔を通過させて前記排出空間に前記潤滑剤を排出する、
方法を提供する。 The fifth aspect of the present disclosure includes, in addition to the fourth aspect,
In (i), the turbomachine of the third aspect is provided,
The lubricant in the discharge hole has a pressure higher than the pressure of the refrigerant in the suction space by increasing the pressure of the lubricant by the pump.
In (v), due to the difference between the pressure of the lubricant in the discharge hole and the pressure of the refrigerant in the suction space, the lubricant is discharged from the annular space through the discharge hole to the discharge space.
Provide a method.

第５態様によれば、第３態様のターボ機械がより確実に高い信頼性を発揮できる。 According to the fifth aspect, the turbo machine of the third aspect can exhibit high reliability more reliably.

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The following description relates to an example of the present invention, and the present invention is not limited to these.

＜第１実施形態＞
図１に示す通り、第１実施形態に係るターボ機械１ａは、回転軸１１と、流体軸受３１と、軸受ハウジング３２と、潤滑剤ケース３４と、供給管４０と、ポンプ６０とを備えている。ターボ機械１ａは、典型的には冷凍サイクルに用いられる。ターボ機械１ａは、典型的にはターボ圧縮機である。ターボ機械１ａは、場合によっては、冷媒のエネルギーから回転動力を生成するとともに冷媒の圧力を低減するタービンであってもよい。以下、ターボ機械１ａがターボ圧縮機である場合を例にターボ機械１ａを説明する。 <First Embodiment>
As shown in FIG. 1, the turbo machine 1 a according to the first embodiment includes a rotating shaft 11, a fluid bearing 31, a bearing housing 32, a lubricant case 34, a supply pipe 40, and a pump 60. . The turbo machine 1a is typically used for a refrigeration cycle. The turbo machine 1a is typically a turbo compressor. In some cases, the turbo machine 1a may be a turbine that generates rotational power from the energy of the refrigerant and reduces the pressure of the refrigerant. Hereinafter, the turbo machine 1a will be described taking the case where the turbo machine 1a is a turbo compressor as an example.

流体軸受３１は、回転軸１１の外周面との間に潤滑剤である冷媒を受け入れる環状の隙間５０を形成する内周面を有し、回転軸１１を支持する円筒状の部品である。軸受ハウジング３２は、流体軸受３１の外周面との間に潤滑剤によってスクイーズフィルムダンパーを形成するための環状空間５１を形成する内周面を有し、流体軸受３１を取り囲んでいる。潤滑剤ケース３４は、潤滑剤が貯留される貯留空間３４ａを形成する。供給管４０は、潤滑剤ケース３４に接続されている。供給管４０は、貯留空間３４ａに潤滑剤を供給するための配管である。ポンプ６０は、供給管４０に接続されており、貯留空間３４ａに向かって潤滑剤を圧送する。流体軸受３１は供給孔５２を有する。供給孔５２は、貯留空間３４ａに接する第一開口５２ａ及び環状空間５１に接する第二開口５２ｂを含むとともに第一開口５２ａから第二開口５２ｂまで延びている。軸受ハウジング５２は排出孔５３を有する。排出孔５３は、環状空間５１から軸受ハウジング３２の外部に向かって延びている。 The fluid bearing 31 is a cylindrical component that has an inner peripheral surface that forms an annular gap 50 that receives a coolant, which is a lubricant, between the outer peripheral surface of the rotary shaft 11 and supports the rotary shaft 11. The bearing housing 32 has an inner peripheral surface that forms an annular space 51 for forming a squeeze film damper with a lubricant between the outer periphery of the fluid bearing 31 and surrounds the fluid bearing 31. The lubricant case 34 forms a storage space 34a in which the lubricant is stored. The supply pipe 40 is connected to the lubricant case 34. The supply pipe 40 is a pipe for supplying a lubricant to the storage space 34a. The pump 60 is connected to the supply pipe 40 and pumps the lubricant toward the storage space 34a. The fluid bearing 31 has a supply hole 52. The supply hole 52 includes a first opening 52a in contact with the storage space 34a and a second opening 52b in contact with the annular space 51, and extends from the first opening 52a to the second opening 52b. The bearing housing 52 has a discharge hole 53. The discharge hole 53 extends from the annular space 51 toward the outside of the bearing housing 32.

流体軸受３１、軸受ハウジング３２、潤滑剤ケース３４、供給管４０、及びポンプ６０によって軸受装置３０ａが構成されている。 The hydrodynamic bearing 31, the bearing housing 32, the lubricant case 34, the supply pipe 40, and the pump 60 constitute a bearing device 30a.

ターボ機械１ａは、例えば、以下の（ｉ）〜（ｖ）のステップを含む方法で運転される。（ｉ）ターボ機械１ａを提供する。（ii）回転軸１１を回転させる。（iii）ポンプ６０を作動させて貯留空間３４ａに潤滑剤を圧送する。（iv）ポンプ６０によって高められた潤滑剤の圧力により貯留空間３４ａから供給孔５２を通過させて環状空間５１に潤滑剤を供給する。（ｖ）環状空間５１から排出孔５３を通過させて流体軸受３１の外部に潤滑剤を排出する。 The turbo machine 1a is operated by a method including the following steps (i) to (v), for example. (I) The turbo machine 1a is provided. (Ii) The rotating shaft 11 is rotated. (Iii) The pump 60 is operated to pump the lubricant into the storage space 34a. (Iv) The lubricant is supplied to the annular space 51 through the supply hole 52 from the storage space 34 a by the pressure of the lubricant increased by the pump 60. (V) The lubricant is discharged out of the fluid bearing 31 through the discharge hole 53 from the annular space 51.

ターボ機械１ａでは、ポンプ６０によって冷凍サイクルの冷媒の一部が貯留空間３４ａに向かって圧送される。貯留空間３４ａに圧送された冷媒は典型的には液体状態である。ポンプ６０は、例えば、冷媒液が貯留された冷凍サイクルの蒸発器又は凝縮器等のコンポーネントに配管によって接続されている。図２における矢印は潤滑剤の流れを概念的に示す。図２に示す通り、貯留空間３４ａに貯留された液体状態の冷媒は、ポンプ６０によって高められた圧力を有することにより、潤滑剤として環状の隙間５０に供給される。環状の隙間５０の半径方向の寸法は、回転軸１１及び流体軸受３１に対し流体潤滑が可能であるように定められている。環状の隙間５０に供給された潤滑剤は、環状の隙間５０を通って回転軸１１の回転により生じた熱を奪って環状の隙間５０から排出される。このように、ターボ機械１ａでは、典型的には、冷凍サイクルの冷媒が潤滑剤として用いられる。これにより、流体軸受３１は、少なくともラジアル方向に回転軸１１を支持する。 In the turbo machine 1a, a part of the refrigerant in the refrigeration cycle is pumped by the pump 60 toward the storage space 34a. The refrigerant pumped to the storage space 34a is typically in a liquid state. The pump 60 is connected to a component such as an evaporator or a condenser of a refrigeration cycle in which a refrigerant liquid is stored by piping. The arrows in FIG. 2 conceptually show the flow of the lubricant. As shown in FIG. 2, the liquid refrigerant stored in the storage space 34 a is supplied to the annular gap 50 as a lubricant by having a pressure increased by the pump 60. The dimension in the radial direction of the annular gap 50 is determined so that fluid lubrication is possible for the rotating shaft 11 and the fluid bearing 31. The lubricant supplied to the annular gap 50 takes the heat generated by the rotation of the rotary shaft 11 through the annular gap 50 and is discharged from the annular gap 50. Thus, in the turbo machine 1a, typically, the refrigerant of the refrigeration cycle is used as the lubricant. Thereby, the fluid bearing 31 supports the rotating shaft 11 at least in the radial direction.

図２に示す通り、貯留空間３４ａに貯留された液体状態の冷媒である潤滑剤の一部は、ポンプ６０によって高められた圧力を有することにより、供給孔５２を通って環状空間５１に供給され、スクイーズフィルムダンパーを形成する。その後、潤滑剤は、環状空間５１から排出孔５３を通って排出される。冷媒である潤滑剤の粘度は、通常、潤滑油の粘度と比べて低い。ターボ機械１ａでは、このように環状空間５１においてスクイーズフィルムダンパーが形成されるので、潤滑剤が低粘度であることによる減衰性能の低下を抑制でき、回転軸１１が危険速度で回転しているときでもターボ機械１ａで振動が発生しにくい。 As shown in FIG. 2, a part of the lubricant that is a liquid refrigerant stored in the storage space 34 a is supplied to the annular space 51 through the supply hole 52 by having a pressure increased by the pump 60. Forming a squeeze film damper. Thereafter, the lubricant is discharged from the annular space 51 through the discharge hole 53. The viscosity of the lubricant, which is a refrigerant, is usually lower than that of the lubricating oil. In the turbo machine 1a, since the squeeze film damper is formed in the annular space 51 in this way, it is possible to suppress a decrease in the damping performance due to the low viscosity of the lubricant, and when the rotating shaft 11 rotates at a critical speed. However, vibration is unlikely to occur in the turbo machine 1a.

加えて、潤滑剤が環状空間５１に供給される前に供給孔５２を通過するので、流体軸受３１から潤滑剤へ受け渡される熱の量が多く、流体軸受３１の温度上昇が抑制された状態で流体軸受３１における熱収支が安定しやすい。これにより、回転軸１１の外周面と流体軸受３１の内周面との間の環状の隙間５０に供給されて液膜を形成している潤滑剤の温度が沸点以下に保たれやすく、キャビテーションの発生が抑制されて流体軸受３１を良好に潤滑できる。その結果、ターボ機械１ａは高い信頼性を発揮できる。 In addition, since the lubricant passes through the supply hole 52 before being supplied to the annular space 51, the amount of heat transferred from the fluid bearing 31 to the lubricant is large, and the temperature rise of the fluid bearing 31 is suppressed. Therefore, the heat balance in the fluid bearing 31 is likely to be stable. As a result, the temperature of the lubricant that is supplied to the annular gap 50 between the outer peripheral surface of the rotating shaft 11 and the inner peripheral surface of the fluid bearing 31 to form a liquid film is easily kept below the boiling point, and the cavitation Generation | occurrence | production is suppressed and the fluid bearing 31 can be lubricated favorably. As a result, the turbo machine 1a can exhibit high reliability.

図２に示す通り、供給孔５２は、流体軸受３１の半径方向において第二開口５２ｂよりも内側に第一開口５２ａを含む。また、供給孔５２は、例えば、第一開口５２ａから流体軸受３１の軸線方向に延びる第一部分及び第二開口５２に向かって半径方向に延びる第二部分を含み、第一部分と第二部分とが供給孔５２の途中でつながっている。 As shown in FIG. 2, the supply hole 52 includes a first opening 52 a inside the second opening 52 b in the radial direction of the fluid dynamic bearing 31. The supply hole 52 includes, for example, a first portion extending in the axial direction of the fluid bearing 31 from the first opening 52a and a second portion extending in the radial direction toward the second opening 52, and the first portion and the second portion are It is connected in the middle of the supply hole 52.

潤滑剤は、冷凍サイクルの冷媒と同一種類の流体である限り特に制限されないが、例えば水である。 The lubricant is not particularly limited as long as it is the same type of fluid as the refrigerant of the refrigeration cycle, but is, for example, water.

図２に示す通り、軸受装置３０ａは、例えば、弾性部材３３をさらに備えている。複数（例えば２つ）の弾性部材３３が、流体軸受３１の外周面と軸受ハウジング３２の内周面との間で流体軸受３１の軸線方向に離れて配置されている。これにより、流体軸受３１の軸線方向において隣り合う２つの弾性部材３３同士の間にスクイーズフィルムダンパーを形成するための環状空間５１が形成されている。また、弾性部材３３によって、軸受ハウジング３２の内部で流体軸受３１が適切に保持される。弾性部材３３は、例えば、合成ゴムでできたＯリングである。流体軸受３１の外周面及び軸受ハウジング３２の内周面の少なくとも一方には、弾性部材３３の一部を収容するための溝が形成されていてもよい。 As shown in FIG. 2, the bearing device 30 a further includes, for example, an elastic member 33. A plurality of (for example, two) elastic members 33 are disposed apart from each other in the axial direction of the fluid bearing 31 between the outer peripheral surface of the fluid bearing 31 and the inner peripheral surface of the bearing housing 32. Thereby, an annular space 51 for forming a squeeze film damper is formed between two elastic members 33 adjacent to each other in the axial direction of the fluid bearing 31. Further, the fluid bearing 31 is appropriately held inside the bearing housing 32 by the elastic member 33. The elastic member 33 is, for example, an O-ring made of synthetic rubber. A groove for accommodating a part of the elastic member 33 may be formed on at least one of the outer peripheral surface of the fluid bearing 31 and the inner peripheral surface of the bearing housing 32.

図１に示す通り、ターボ機械１ａは、例えば、翼車１２、ハウジング２０、電動機８０をさらに備えている。軸受ハウジング３２は、ハウジング２０の内部でハウジング２０に取り付けられている。ハウジング２０の内部には吸入空間７１が形成されている。吸入空間７１は、回転軸１１の軸線方向に流体軸受３１から離れて形成されている。図２に示す通り、軸受ハウジング３２は、例えば、外縁部３２ａ、内縁部３２ｂ、及び複数の連結部３２ｃを備えている。外縁部３２ａは、筒状であり、ハウジング２０に取り付けられている。内縁部３２ｂは、筒状であり、外縁部３２ａよりも半径方向内側に形成され、環状空間５１を形成する内周面を有する。複数の連結部３２ｃは、周方向において所定の間隔で配置されており、外縁部３２ａと内縁部３２ｂとを連結している。複数の連結部３２ｃのそれぞれは柱状である。隣り合う連結部３２ｃ同士の間に形成された空間により、吸入空間７１に向かって冷媒を供給するための吸入路７２が形成されている。 As shown in FIG. 1, the turbo machine 1 a further includes, for example, an impeller 12, a housing 20, and an electric motor 80. The bearing housing 32 is attached to the housing 20 inside the housing 20. A suction space 71 is formed inside the housing 20. The suction space 71 is formed away from the fluid bearing 31 in the axial direction of the rotary shaft 11. As shown in FIG. 2, the bearing housing 32 includes, for example, an outer edge portion 32a, an inner edge portion 32b, and a plurality of connecting portions 32c. The outer edge portion 32 a has a cylindrical shape and is attached to the housing 20. The inner edge portion 32 b is cylindrical and is formed on the radially inner side with respect to the outer edge portion 32 a and has an inner peripheral surface that forms the annular space 51. The plurality of connecting portions 32c are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction, and connect the outer edge portion 32a and the inner edge portion 32b. Each of the plurality of connecting portions 32c is columnar. A suction path 72 for supplying the refrigerant toward the suction space 71 is formed by a space formed between the adjacent connecting portions 32c.

図１に示す通り、ハウジング２０は連通孔５４を有する。連通孔５４は、排出孔５３と連なってターボ機械１ａの外部に向かって延びている。これにより、環状空間５１に供給された潤滑剤をターボ機械１ａの外部に排出できる。 As shown in FIG. 1, the housing 20 has a communication hole 54. The communication hole 54 is continuous with the discharge hole 53 and extends toward the outside of the turbo machine 1a. Thereby, the lubricant supplied to the annular space 51 can be discharged to the outside of the turbo machine 1a.

図１に示す通り、翼車１２は、吸入空間７１において回転軸１１に固定されている。流体軸受３１は、例えば、回転軸１１の軸線方向において翼車１２よりも回転軸１１の端に近い位置に配置されている。なお、図１において１つの翼車１２が示されているが、回転軸１１には、複数段の翼車１２が固定されていてもよい。 As shown in FIG. 1, the impeller 12 is fixed to the rotating shaft 11 in the suction space 71. For example, the fluid bearing 31 is disposed at a position closer to the end of the rotary shaft 11 than the impeller 12 in the axial direction of the rotary shaft 11. Although one impeller 12 is shown in FIG. 1, a plurality of stages of impellers 12 may be fixed to the rotating shaft 11.

回転軸１１は、例えば水平方向に延びている円柱状の中実な部材である。回転軸１１は、翼車１２とともに回転体１０を形成している。回転軸１１は、例えばストレート部及びテーパー部を含む。ストレート部は、回転軸１１の軸線方向において一定の半径を有する。テーパー部は、回転軸１１の軸線方向において回転軸１１の端に向かって減少する半径を有する。テーパー部は、回転軸１１の軸線方向においてストレート部の端から回転軸１１の端に延びている。 The rotating shaft 11 is, for example, a solid cylindrical member extending in the horizontal direction. The rotating shaft 11 and the impeller 12 form a rotating body 10. The rotating shaft 11 includes, for example, a straight portion and a tapered portion. The straight portion has a certain radius in the axial direction of the rotating shaft 11. The taper portion has a radius that decreases toward the end of the rotation shaft 11 in the axial direction of the rotation shaft 11. The taper portion extends from the end of the straight portion to the end of the rotating shaft 11 in the axial direction of the rotating shaft 11.

流体軸受３１の内周面は、例えば、回転軸１１のテーパー部及びテーパー部に接するストレート部の一部と向かい合っている。流体軸受３１の内周面は、例えば、ストレート穴及びテーパー穴を形成している。ストレート穴は、流体軸受３１の軸線方向に一定の半径を有する。テーパー穴は、ストレート穴に連なって延びており、ストレート穴から遠ざかるにつれて減少する半径を有する。これにより、ラジアル方向及びスラスト方向に回転軸１１を支持できる。 The inner peripheral surface of the fluid bearing 31 faces, for example, a taper portion of the rotating shaft 11 and a part of a straight portion in contact with the taper portion. The inner peripheral surface of the fluid bearing 31 forms, for example, a straight hole and a tapered hole. The straight hole has a constant radius in the axial direction of the fluid bearing 31. The tapered hole extends continuously from the straight hole and has a radius that decreases as the distance from the straight hole increases. Thereby, the rotating shaft 11 can be supported in a radial direction and a thrust direction.

潤滑剤ケース３４は、例えば、流体軸受３１の軸線方向において流体軸受３１から見て翼車１２の反対側に配置されている。例えば、図２に示す通り、潤滑剤ケース３４は、特定方向に開口した椀状のケースであり、潤滑剤ケース３４の縁が軸受ハウジング３２の内縁部３２ｂに固定されている。例えば、軸線方向における回転軸１１の端及び流体軸受３１の端面が貯留空間３４ａと接している。第一開口５２ａは、例えば、軸線方向における流体軸受３１の端面に形成されている。 The lubricant case 34 is disposed, for example, on the opposite side of the impeller 12 when viewed from the fluid bearing 31 in the axial direction of the fluid bearing 31. For example, as shown in FIG. 2, the lubricant case 34 is a bowl-shaped case that opens in a specific direction, and the edge of the lubricant case 34 is fixed to the inner edge portion 32 b of the bearing housing 32. For example, the end of the rotating shaft 11 and the end surface of the fluid bearing 31 in the axial direction are in contact with the storage space 34a. The first opening 52a is formed, for example, on the end surface of the fluid bearing 31 in the axial direction.

供給管４０は潤滑剤ケース３４を貫通して延びており、供給管４０の一端が貯留空間３４ａに開口している。供給管４０の他端は、例えば、ポンプ６０の吐出口に接続されている。供給管４０は、単一の配管によって又は直列に連結された複数の配管によって構成されている。 The supply pipe 40 extends through the lubricant case 34, and one end of the supply pipe 40 opens into the storage space 34a. The other end of the supply pipe 40 is connected to a discharge port of the pump 60, for example. The supply pipe 40 is configured by a single pipe or a plurality of pipes connected in series.

図１に示す通り、電動機８０は、回転子８１、固定子８２、及び固定子ハウジング８３を備えている。回転子８１は、円筒状の部材であり、「焼きばめ」により回転軸１１に固定されている。固定子８２は円筒状の部材であり、固定子８２の内周面と回転子８１の外周面との間には所定間隔の隙間が形成されている。固定子８２の外周面は固定子ハウジング８３に固定されている。軸線方向における固定子ハウジング８３の端面は、例えば、軸線方向におけるハウジング２０の端面に固定されている。なお、回転子８１は、「焼きばめ」に代えて、例えば、カップリングを用いて回転軸１１に固定されていてもよい。 As shown in FIG. 1, the electric motor 80 includes a rotor 81, a stator 82, and a stator housing 83. The rotor 81 is a cylindrical member, and is fixed to the rotating shaft 11 by “shrink fitting”. The stator 82 is a cylindrical member, and a gap having a predetermined interval is formed between the inner peripheral surface of the stator 82 and the outer peripheral surface of the rotor 81. The outer peripheral surface of the stator 82 is fixed to the stator housing 83. The end surface of the stator housing 83 in the axial direction is fixed to the end surface of the housing 20 in the axial direction, for example. The rotor 81 may be fixed to the rotating shaft 11 by using, for example, a coupling instead of “shrink fitting”.

電動機８０が作動することにより、回転体１０が回転する。これにより、冷媒は、吸入路７２を通って吸入空間７１に流入し、翼車１２に導かれる。翼車１２に導入された冷媒には、翼車１２を通過する過程で運動エネルギーが付与される。その後、翼車１２を通過した冷媒の運動エネルギーが圧力エネルギーに変換されることによって冷媒が圧縮される。 When the electric motor 80 operates, the rotating body 10 rotates. Thus, the refrigerant flows into the suction space 71 through the suction path 72 and is guided to the impeller 12. The refrigerant introduced into the impeller 12 is given kinetic energy in the process of passing through the impeller 12. Thereafter, the kinetic energy of the refrigerant that has passed through the impeller 12 is converted into pressure energy, thereby compressing the refrigerant.

ターボ機械１ａの運転条件は特に制限されないが、例えば、吸入空間７１において冷媒の圧力は負圧である。換言すると、吸入空間７１において冷媒の圧力は、絶対圧で大気圧より低い圧力である。 Although the operating conditions of the turbo machine 1a are not particularly limited, for example, the refrigerant pressure is negative in the suction space 71. In other words, the pressure of the refrigerant in the suction space 71 is an absolute pressure lower than the atmospheric pressure.

（変形例）
ターボ機械１ａは、様々な観点から変更可能である。例えば、ターボ機械１ａの軸受装置３０ａは、図３に示す軸受装置３０ｂに変更されてもよい。軸受装置３０ｂは、特に説明する場合を除き、軸受装置３０ａと同様に構成されている。軸受装置３０ａの構成要素と同一又は対応する軸受装置３０ｂの構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。軸受装置３０ａに関する説明は技術的に矛盾しない限り軸受装置３０ｂにもあてはまる。 (Modification)
The turbo machine 1a can be changed from various viewpoints. For example, the bearing device 30a of the turbo machine 1a may be changed to a bearing device 30b shown in FIG. The bearing device 30b is configured in the same manner as the bearing device 30a unless otherwise described. Components of the bearing device 30b that are the same as or correspond to those of the bearing device 30a are assigned the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted. The description regarding the bearing device 30a also applies to the bearing device 30b unless there is a technical contradiction.

図３に示す通り、軸受装置３０ｂにおいて、供給孔５２は、流体軸受３１の半径方向において第二開口５２ｂよりも内側に第一開口５２ａを含み、かつ、流体軸受３１の軸線に対して傾斜した軸線を有する。これにより、流体軸受３１の内周面の近くに供給孔５２の一部が形成されるので、供給孔５２を通過する潤滑剤によって流体軸受３１の内周面付近を効果的に冷却できる。このため、環状の隙間５０における潤滑剤の温度上昇を抑制できる。また、第一開口５２ａから第二開口５２ｂまで供給孔５２を一定の方向に形成すればよいので、供給孔５２を形成するための流体軸受３１の穿孔方向の切替に要する工数を削減できる。すなわち、軸受装置３０ｂによれば、流体軸受３１に供給孔５２を形成するための加工が容易である。 As shown in FIG. 3, in the bearing device 30 b, the supply hole 52 includes a first opening 52 a inside the second opening 52 b in the radial direction of the fluid bearing 31 and is inclined with respect to the axis of the fluid bearing 31. Has an axis. Thereby, a part of the supply hole 52 is formed near the inner peripheral surface of the fluid bearing 31, so that the vicinity of the inner peripheral surface of the fluid bearing 31 can be effectively cooled by the lubricant passing through the supply hole 52. For this reason, the temperature rise of the lubricant in the annular gap 50 can be suppressed. Further, since the supply hole 52 may be formed in a certain direction from the first opening 52a to the second opening 52b, the number of steps required for switching the drilling direction of the fluid bearing 31 for forming the supply hole 52 can be reduced. That is, according to the bearing device 30b, the processing for forming the supply hole 52 in the fluid bearing 31 is easy.

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係るターボ機械１ｂについて説明する。ターボ機械１ｂは、特に説明する場合を除き、ターボ機械１ａと同様に構成される。ターボ機械１ａと同一又は対応するターボ機械１ｂの構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。第１実施形態に関する説明は技術的に矛盾しない限り、第２実施形態にもあてはまる。 Second Embodiment
Next, a turbo machine 1b according to the second embodiment will be described. The turbo machine 1b is configured similarly to the turbo machine 1a unless otherwise described. Components of the turbo machine 1b that are the same as or correspond to the turbo machine 1a are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The description regarding the first embodiment also applies to the second embodiment as long as there is no technical contradiction.

ターボ機械１ｂは、軸受装置３０ａの代わりに軸受装置３０ｃを備えている。図４に示す通り、ターボ機械１ｂは、翼車１２をさらに備えている。翼車１２は、回転軸１１の軸線方向に流体軸受３１から離れて形成された吸入空間７１において回転軸１１に固定されている。軸受装置３０ｃの軸受ハウジング３２は隔壁３５を有する。隔壁３５は排出空間５５を形成する。排出空間５５は、流体軸受３１の翼車１２側の端面に隣接するとともに吸入空間７１に連通している空間である。 The turbo machine 1b includes a bearing device 30c instead of the bearing device 30a. As shown in FIG. 4, the turbo machine 1 b further includes an impeller 12. The impeller 12 is fixed to the rotary shaft 11 in a suction space 71 formed away from the fluid bearing 31 in the axial direction of the rotary shaft 11. The bearing housing 32 of the bearing device 30 c has a partition wall 35. The partition wall 35 forms a discharge space 55. The discharge space 55 is a space adjacent to the end surface of the hydrodynamic bearing 31 on the impeller 12 side and communicating with the suction space 71.

軸受ハウジング３２は、例えば、流体軸受３１の軸線方向において流体軸受３１の翼車１２側の端面よりも翼車１２側に突出している。隔壁３５は、例えば軸受ハウジング３２の翼車１２側の端で流体軸受３１の半径方向に延びている。隔壁３５は、回転軸１１の直径よりもわずかに大きい孔径を有する貫通孔を有し、回転軸１１はこの貫通孔に挿入されている。回転軸１１の外周面と隔壁３５の貫通孔を形成する内周面との間に環状の隙間３５ａが形成されている。これにより、排出空間５５が吸入空間７１に連通している。加えて、隔壁３５は、排出空間５５に導かれた潤滑剤が液体状態のまま環状の隙間３５ａを通って吸入空間７１に進入することを防止する。環状の隙間３５ａの半径方向の幅は、例えば、環状の隙間５０の半径方向の幅よりも大きいが、液体状態の潤滑剤が吸入空間７１に進入することを防止できる程度の大きさに定められている。これにより、回転している翼車１２に液体が衝突して翼車１２が損傷することを防止できる。なお、回転軸１１が隔壁３５と接触しない限り、回転軸１１の外周面と隔壁３５の貫通孔を形成する内周面との間には環状以外の形状の隙間が形成されてもよい。 For example, the bearing housing 32 protrudes closer to the impeller 12 side than the end surface of the fluid bearing 31 on the impeller 12 side in the axial direction of the fluid bearing 31. The partition wall 35 extends, for example, in the radial direction of the fluid bearing 31 at the end of the bearing housing 32 on the impeller 12 side. The partition wall 35 has a through hole having a hole diameter slightly larger than the diameter of the rotating shaft 11, and the rotating shaft 11 is inserted into the through hole. An annular gap 35 a is formed between the outer peripheral surface of the rotating shaft 11 and the inner peripheral surface forming the through hole of the partition wall 35. As a result, the discharge space 55 communicates with the suction space 71. In addition, the partition wall 35 prevents the lubricant guided to the discharge space 55 from entering the suction space 71 through the annular gap 35a in the liquid state. The radial width of the annular gap 35 a is, for example, larger than the radial width of the annular gap 50, but is set to a size that can prevent the liquid lubricant from entering the suction space 71. ing. Thereby, it can prevent that a liquid collides with the rotating impeller 12 and the impeller 12 is damaged. In addition, as long as the rotating shaft 11 does not contact with the partition wall 35, a gap other than an annular shape may be formed between the outer peripheral surface of the rotating shaft 11 and the inner peripheral surface forming the through hole of the partition wall 35.

ターボ機械１ｂは、ターボ機械１ａと同様に以下のステップを含む方法で運転される。（ｉ）ターボ機械１ｂを提供する。（ii）回転軸１１を回転させる。（iii）ポンプ６０を作動させて貯留空間３４ａに潤滑剤を圧送する。（iv）ポンプ６０によって高められた潤滑剤の圧力により貯留空間３５ａから供給孔５２を通過させて環状空間５１に潤滑剤を供給する。（ｖ）環状空間５１から排出孔５３を通過させて流体軸受３１の外部に潤滑剤を排出する。ここで、排出孔５３における潤滑剤は、ポンプ６０によって潤滑剤の圧力が高められていることにより、吸入空間７１における冷媒の圧力よりも高い圧力を有する。加えて、（ｖ）において、排出孔５３における潤滑剤の圧力と吸入空間７１における冷媒の圧力との差により、環状空間５１から排出孔５３を通過させて排出空間５５に潤滑剤を排出する。 The turbo machine 1b is operated by a method including the following steps in the same manner as the turbo machine 1a. (I) A turbo machine 1b is provided. (Ii) The rotating shaft 11 is rotated. (Iii) The pump 60 is operated to pump the lubricant into the storage space 34a. (Iv) The lubricant is supplied to the annular space 51 through the supply hole 52 from the storage space 35 a by the pressure of the lubricant increased by the pump 60. (V) The lubricant is discharged out of the fluid bearing 31 through the discharge hole 53 from the annular space 51. Here, the lubricant in the discharge hole 53 has a pressure higher than that of the refrigerant in the suction space 71 because the pressure of the lubricant is increased by the pump 60. In addition, in (v), due to the difference between the pressure of the lubricant in the discharge hole 53 and the pressure of the refrigerant in the suction space 71, the lubricant is discharged from the annular space 51 through the discharge hole 53 to the discharge space 55.

このように、排出孔５３における潤滑剤の圧力と吸入空間７１における冷媒の圧力との差によって排出孔５３から排出空間５５に潤滑剤が排出される。また、排出孔５３における潤滑剤の圧力と吸入空間７１における冷媒の圧力との差により、供給孔５２、環状空間５１、及び排出孔５３における潤滑剤の流量が増加する。このため、流体軸受３１から潤滑剤へ受け渡される熱の量が多く、より確実に、流体軸受３１の温度上昇が抑制された状態で流体軸受３１における熱収支が安定しやすい。これにより、回転軸１１の外周面と流体軸受３１の内周面との間の環状の隙間５０に供給されて液膜を形成している潤滑剤の温度がより確実に沸点以下に保たれやすく、キャビテーションの発生をより確実に抑制できる。このため、流体軸受３１をより確実に良好に潤滑できる。その結果、ターボ機械１ｂは高い信頼性を有する。 Thus, the lubricant is discharged from the discharge hole 53 to the discharge space 55 due to the difference between the pressure of the lubricant in the discharge hole 53 and the pressure of the refrigerant in the suction space 71. Further, due to the difference between the pressure of the lubricant in the discharge hole 53 and the pressure of the refrigerant in the suction space 71, the flow rate of the lubricant in the supply hole 52, the annular space 51, and the discharge hole 53 increases. For this reason, the amount of heat transferred from the fluid bearing 31 to the lubricant is large, and the heat balance in the fluid bearing 31 is likely to be stabilized in a state where the temperature rise of the fluid bearing 31 is more reliably suppressed. As a result, the temperature of the lubricant that is supplied to the annular gap 50 between the outer peripheral surface of the rotating shaft 11 and the inner peripheral surface of the fluid bearing 31 to form a liquid film can be more reliably maintained below the boiling point. The occurrence of cavitation can be more reliably suppressed. For this reason, the fluid bearing 31 can be more reliably and reliably lubricated. As a result, the turbo machine 1b has high reliability.

環状の隙間５０は、例えば、排出空間５５に開口している。これにより、環状の隙間５０を通って回転軸１１及び流体軸受３１を潤滑した潤滑剤が排出空間５５に導かれる。 For example, the annular gap 50 opens into the discharge space 55. Accordingly, the lubricant that has lubricated the rotary shaft 11 and the fluid bearing 31 through the annular gap 50 is guided to the discharge space 55.

図４に示す通り、軸受ハウジング３２は放出孔５６をさらに有する。放出孔５６は、排出空間５５に接している開口から軸受ハウジング３２の外部空間に接している開口まで延びている孔である。これにより、環状の隙間５０又は排出孔５３を通って排出空間５５に導かれた潤滑剤を放出孔５６から軸受ハウジング３２の外部、ひいてはターボ機械１ｂの外部に放出できる。 As shown in FIG. 4, the bearing housing 32 further has a discharge hole 56. The discharge hole 56 is a hole extending from an opening in contact with the discharge space 55 to an opening in contact with the external space of the bearing housing 32. As a result, the lubricant guided to the discharge space 55 through the annular gap 50 or the discharge hole 53 can be discharged from the discharge hole 56 to the outside of the bearing housing 32 and thus to the outside of the turbo machine 1b.

本開示のターボ機械は、ヒートポンプ、冷凍機、及び空気調和機に有用である。 The turbo machine of the present disclosure is useful for a heat pump, a refrigerator, and an air conditioner.

１ａ、１ｂターボ機械
１１回転軸
１２翼車
３１流体軸受
３２軸受ハウジング
３４潤滑剤ケース
３５隔壁
４０供給管
５０環状の隙間
５１環状空間
５２供給孔
５２ａ第一開口
５２ｂ第二開口
５３排出孔
５５排出空間
６０ポンプ
７１吸入空間 1a, 1b Turbomachine 11 Rotating shaft 12 Impeller 31 Fluid bearing 32 Bearing housing 34 Lubricant case 35 Bulkhead 40 Supply pipe 50 Annular gap 51 Annular space 52 Supply hole 52a First opening 52b Second opening 53 Discharge hole 55 Discharge space 60 Pump 71 Suction space

Claims

回転軸と、
前記回転軸の外周面との間に潤滑剤である冷媒を受け入れる環状の隙間を形成する内周面を有し、前記回転軸を支持する円筒状の流体軸受と、
前記流体軸受の外周面との間に前記潤滑剤によってスクイーズフィルムダンパーを形成するための環状空間を形成する内周面を有し、前記流体軸受を取り囲む軸受ハウジングと、
前記環状の隙間に供給されるべき前記潤滑剤が貯留される貯留空間を形成する潤滑剤ケースと、
前記潤滑剤ケースに接続され、前記貯留空間に前記潤滑剤を供給する供給管と、
前記供給管に接続され、前記貯留空間に向かって前記潤滑剤を圧送するポンプと、を備え、
前記流体軸受は、前記貯留空間に接する第一開口及び前記環状空間に接する第二開口を含むとともに前記第一開口から前記第二開口まで延びている供給孔を有し、
前記軸受ハウジングは、前記環状空間から当該軸受ハウジングの外部に向かって延びている排出孔を有する、
ターボ機械。 A rotation axis;
A cylindrical fluid bearing that has an inner peripheral surface that forms an annular gap for receiving a coolant that is a lubricant between the outer peripheral surface of the rotary shaft and supports the rotary shaft;
A bearing housing having an inner peripheral surface forming an annular space for forming a squeeze film damper with the lubricant between the outer peripheral surface of the fluid bearing and surrounding the fluid bearing;
A lubricant case that forms a storage space in which the lubricant to be supplied to the annular gap is stored;
A supply pipe connected to the lubricant case and supplying the lubricant to the storage space;
A pump connected to the supply pipe and pumping the lubricant toward the storage space;
The fluid bearing includes a first opening that contacts the storage space and a second opening that contacts the annular space, and has a supply hole extending from the first opening to the second opening,
The bearing housing has a discharge hole extending from the annular space toward the outside of the bearing housing.
Turbo machine.

前記供給孔は、前記流体軸受の半径方向において前記第二開口よりも内側に前記第一開口を含み、かつ、前記流体軸受の軸線に対して傾斜した軸線を有する、請求項１に記載のターボ機械。 2. The turbo according to claim 1, wherein the supply hole includes the first opening inside the second opening in a radial direction of the fluid bearing, and has an axis inclined with respect to the axis of the fluid bearing. machine.

前記回転軸の軸線方向に前記流体軸受から離れて形成された吸入空間において前記回転軸に固定された翼車をさらに備え、
前記軸受ハウジングは、前記流体軸受の前記翼車側の端面に隣接するとともに前記吸入空間に連通している排出空間を形成する隔壁を有し、
前記排出孔は、前記排出空間に開口している、請求項１又は２に記載のターボ機械。 An impeller fixed to the rotary shaft in a suction space formed away from the fluid bearing in the axial direction of the rotary shaft;
The bearing housing has a partition wall that forms a discharge space that is adjacent to the end surface of the fluid bearing on the impeller side and communicates with the suction space;
The turbomachine according to claim 1, wherein the discharge hole is open to the discharge space.

ターボ機械を運転する方法であって、
（ｉ）請求項１〜３のいずれか１項に記載のターボ機械を提供し、
（ii）前記回転軸を回転させ、
（iii）前記ポンプを作動させて前記貯留空間に前記潤滑剤を圧送し、
（iv）前記ポンプによって高められた前記潤滑剤の圧力により前記貯留空間から前記供給孔を通過させて前記環状空間に前記潤滑剤を供給し、
（ｖ）前記環状空間から前記排出孔を通過させて前記流体軸受の外部に前記潤滑剤を排出する、
方法。 A method of operating a turbomachine,
(I) providing the turbomachine according to any one of claims 1 to 3,
(Ii) rotating the rotating shaft;
(Iii) operating the pump to pump the lubricant into the storage space;
(Iv) supplying the lubricant to the annular space by passing the supply hole from the storage space by the pressure of the lubricant increased by the pump;
(V) discharging the lubricant from the annular space to the outside of the fluid bearing through the discharge hole;
Method.

（ｉ）において、請求項３に記載のターボ機械を提供し、
前記排出孔における前記潤滑剤は、前記ポンプによって前記潤滑剤の圧力が高められていることにより、前記吸入空間における前記冷媒の圧力よりも高い圧力を有し、
（ｖ）において、前記排出孔における前記潤滑剤の圧力と前記吸入空間における前記冷媒の圧力との差により、前記環状空間から前記排出孔を通過させて前記排出空間に前記潤滑剤を排出する、
請求項４に記載の方法。 In (i), the turbomachine according to claim 3 is provided,
The lubricant in the discharge hole has a pressure higher than the pressure of the refrigerant in the suction space by increasing the pressure of the lubricant by the pump.
In (v), due to the difference between the pressure of the lubricant in the discharge hole and the pressure of the refrigerant in the suction space, the lubricant is discharged from the annular space through the discharge hole to the discharge space.
The method of claim 4.