專利名稱：渦輪壓縮機以及冷凍機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種渦輪壓縮機以及冷凍機。更詳細地說，涉及能夠通過多個葉輪對 流體進行壓縮的渦輪壓縮機以及具備該渦輪壓縮機的冷凍機。本申請要求2009年7月21日在日本提出的申請號為2009-170193號專利申請的 優先權，其內容援用于此。
背景技術：
作為對水等冷卻對象物進行冷卻或者冷凍的冷凍機，公知具備渦輪壓縮機的冷凍 機等，該渦輪壓縮機通過具備葉輪等的壓縮機構對冷媒進行壓縮并排出。在壓縮機中，當壓縮比增大時，壓縮機的排出溫度增高，容積效率降低。因此，在上 述這種渦輪冷凍機等所具備渦輪壓縮機中，有分成數級進行冷媒的壓縮的情況。在這種渦輪壓縮機中，從油箱向軸承等滑動部位供給潤滑油。而且，為了在壓縮 機啟動時將在油箱內產生的冷媒氣體向壓縮機入口一側釋放，配置有將其間連通的均壓管 (例如參照日本專利第3489631號公報)。渦輪壓縮機原本是以一定的轉速長時間持續運行的。但是，為了節能等，也存在頻 繁地接通/斷開運行的情況。此時，在僅有均壓管的情況下，當壓縮機停止時，冷媒從冷凝 器向壓縮機入口逆流，壓縮機入口的壓力變高，因而產生冷媒從均壓管向油箱一側的逆流。 向油箱逆流的冷媒從迷宮式密封漏出到壓縮機流路或馬達內部，此時，注入迷宮附近的軸 承的潤滑油也隨之被帶出，存在產生漏油而油箱的油量減少的問題。

發明內容
本發明是鑒于上述實情而提出的，其目的在于提供一種渦輪壓縮機以及冷凍機， 能夠通過簡單的結構適當地抑制冷媒穿過均壓管向油箱一側逆流。根據本發明的第一技術方案，本發明的渦輪壓縮機具備殼體；多個壓縮級，能夠 經由滑動部位相對于前述框體旋轉地配置；油箱，貯留向前述滑動部位供給的潤滑油；均 壓管，使前述油箱與前述壓縮級的入口附近連通；以及單向閥，僅容許流體在前述均壓管中 從前述油箱一側向前述壓縮級一側移動。該渦輪壓縮機具備上述單向閥。因此，在運行停止時壓縮機入口一側的壓力高于 油箱一側的壓力時，單向閥關閉而能夠阻斷均壓管。根據本發明的第二技術方案，本發明的渦輪壓縮機是在前述的渦輪壓縮機中，具 備配置在前述壓縮級的入口處的吸入容量調節部，前述均壓管的一端開口于與前述吸入容 量調節部的背面連通地設在前述框體中的中繼空間中配置。該渦輪壓縮機在運行中成為壓力比與最低壓的吸入容量調節部的背面連通中繼 空間還低的低壓。因此，能夠穿過均壓管而使油箱內也為低壓，適當地將潤滑油回收到油箱 中。根據本發明的第三技術方案，本發明的渦輪壓縮機是在前述的渦輪壓縮機中，前述單向閥內置在前述框體中。該渦輪壓縮機由于單向閥不向外部突出，所以能夠確保框體整體的氣密性，同時 能夠實現壓縮機整體的省空間化。根據本發明的第四技術方案，本發明的冷凍機具備冷凝器，對壓縮后的冷媒進行 冷卻液化；蒸發器，通過使液化的前述冷媒蒸發，從冷卻對象物獲取氣化熱而對前述冷卻對 象物進行冷卻；以及渦輪壓縮機，對由前述蒸發器蒸發的前述冷媒進行壓縮并向前述冷凝 器供給；使用上述的渦輪壓縮機作為前述渦輪壓縮機。該冷凍機起到了與上述渦輪壓縮機同樣的作用和效果。根據本發明，能夠通過簡單的結構適當地抑制冷媒穿過均壓管向油箱一側的逆流。


圖1是表示本發明一實施方式的渦輪冷凍機的大致結構的框圖。圖2是表示本發明一實施方式的渦輪冷凍機所具備的渦輪壓縮機的垂直剖視圖。圖3是本發明另一實施方式的渦輪冷凍機所具備的渦輪壓縮機的垂直剖視圖。
具體實施例方式參照圖1和圖2對本發明的渦輪壓縮機以及冷凍機的一實施方式進行說明。本發明的渦輪冷凍機(冷凍機)1例如為了生成空調用的冷卻水而設置在大樓或 工廠中，如圖1所示，具備冷凝器2，節熱器3，蒸發器5，以及渦輪壓縮機6。冷凝器2中供給有以氣體狀態被壓縮的冷媒(流體)、即壓縮冷媒氣體XI，通過對 該壓縮冷媒氣體Xl進行冷卻液化而作為冷媒液體X2。該冷凝器2如圖1所示，經由壓縮冷 媒氣體Xl流動的流路Rl與渦輪壓縮機6相連，并經由冷媒液體X2流動的流路R2與節熱 器3相連。在流路R2上設置有用于對冷媒液體X2進行減壓的膨脹閥7。節熱器3臨時貯留被膨脹閥7減壓后的冷媒液體X2。該節熱器3經由冷媒液體 X2流動流路R 3與蒸發器5相連。而且，節熱器3經由在節熱器3中產生的冷媒的氣相成 分X3流動的流路R4與渦輪壓縮機6相連。在流路R3上設置有用于對冷媒液體X2進一步 減壓的膨脹閥8。流路R4與渦輪壓縮機6相連，以便向渦輪壓縮機6所具備的后述的第二 壓縮級26供給氣相成分X3。蒸發器5通過使冷媒液體X2蒸發而從水等冷卻對象物中獲取氣化熱來對冷卻對 象物進行冷卻。該蒸發器5經由冷媒液體X2蒸發所產生的冷媒氣體X4流動的流路R5與 渦輪壓縮機6相連。流路R5與渦輪壓縮機6所具備的后述的第一壓縮級25相連。渦輪壓縮機6對冷媒氣體X4進行壓縮而作為上述壓縮冷媒氣體XI。該渦輪壓縮 機6如上所述經由壓縮冷媒氣體Xl流動的流路Rl與冷凝器2相連。而且，渦輪壓縮機6 經由冷媒氣體X4流動的流路R5與蒸發器5相連。該渦輪壓縮機6如圖2所示，具備框體10，能夠經由滑動部位11相對于框體10 旋轉地配置的多個壓縮級12，貯留向滑動部位11供給的潤滑油的油箱13，使油箱13與壓 縮級12的入口附近連通的均壓管15，以及僅容許流體在均壓管15中從油箱13—側向壓縮 級12—側移動的單向閥16。
框體10區分為馬達殼體17，壓縮機殼體18，以及齒輪殼體20，并分別能夠分離地 連接。在馬達殼體17上配置有繞軸線0旋轉的輸出軸21，以及與輸出軸21相連并驅動壓 縮級12的馬達22。輸出軸21由固定在馬達殼體17上的第一軸承23支撐而能夠旋轉。在 此，滑動部位11不僅是第一軸承23，也包括后述的第二軸承28，第三軸承30，以及齒輪單元 31等。壓縮級12具備吸入冷媒氣體X4(參照圖1)并進行壓縮的第一壓縮級25，以及 對由第一壓縮級25壓縮后的冷媒氣體X4進一步進行壓縮并作為壓縮冷媒氣體Xl (參照圖 1)排出的第二壓縮級26。第一壓縮級25配置在壓縮機殼體18上，第二壓縮級26配置在 齒輪殼體20上。第一壓縮級25具備多個第一葉輪25a，其固定在旋轉軸27上，被馬達22驅動而 繞軸線0旋轉，賦予從推力方向供給的冷媒氣體X4速度能量并向徑向方向排出；第一擴散 器25b，通過將由第一葉輪25a賦予冷媒氣體X4的速度能量轉換成壓力能量而進行壓縮； 第一渦管室25c，將由第一擴散器25b壓縮后的冷媒氣體X4向第一壓縮級25的外部導出； 以及吸入口 25d，吸入冷媒氣體X4并向第一葉輪25a供給。第一擴散器25b、第一渦管室 25c、以及吸入口 25d的一部分由包圍第一葉輪25a的第一殼體25e形成。在第一壓縮級25的吸入口 25d上，設置有多個用于調節第一壓縮級25的吸入容 量的進口導葉(吸入容量調節部)25g。各進口導葉25g能夠通過驅動機構25i以冷媒氣體 X4的流動方向的表觀上的面積能夠改變的方式旋轉。在第一壓縮級25中的第一葉輪25a以及位于其上游一側的吸入口 25d的外周部 的第一殼體25e上區分形成有以軸線0為中心的呈圓環狀的中繼空間25h。在該中繼空間 25h中收納有均壓管15的一端15a，并且在內部收納有驅動上述進口導葉25g的驅動機構 25i。該中繼空間25h成為與吸入口 25d上的進口導葉25g的背面一側僅經由微小的間 隙25j而連通的狀態。這樣一來，構成為中繼空間25h與吸入口 25d的壓力始終相等。中 繼空間25h通過均壓管15與后述的收容空間Sl相連。第二壓縮級26具備第二葉輪26a，賦予與由第一壓縮級25壓縮同時從推力方向 供給的冷媒氣體X4速度能量并向徑向方向排出；第二擴散器26b，將由第二葉輪26a賦予 冷媒氣體X4的速度能量轉換成壓力能量而進行壓縮并作為壓縮冷媒氣體Xl排出；第二渦 管室26c，將從第二擴散器26b排出的壓縮冷媒氣體Xl向第二壓縮級26的外部導出；以及 導入渦管室26d，將由第一壓縮級25壓縮后的冷媒氣體X4向第二葉輪26a引導。第二擴散 器26b、第二渦管室26c、以及導入渦管室26的一部分由包圍第二葉輪26a的第二殼體26e 形成。第二葉輪26a與第一葉輪25a背靠背地固定在上述旋轉軸27上，通過旋轉軸27 在從馬達22的輸出軸21傳遞來的旋轉動力作用下繞軸線0旋轉而被驅動旋轉。第二擴散 器26b以環狀配置在第二葉輪26a的周圍。第二渦管室26c與用于向冷凝器2供給壓縮冷媒氣體Xl的流路Rl相連，將從第 二壓縮級26導出的壓縮冷媒氣體Xl向流路Rl供給。另外，第一壓縮級25的第一渦管室25c和第二壓縮級26的導入渦管室26d經由 與第一壓縮級25以及第二壓縮級26分體設置的外部配管(未圖示)相連，由第一壓縮級25壓縮后的冷媒氣體X4經由該外部配管供給到第二壓縮級26。上述的流路R4(參照圖1) 與該外部配管相連，在擴散器3中產生的冷媒的氣相成分X3經由外部配管供給到第二壓縮 級26。旋轉軸27由固定在齒輪殼體20上的第二軸承28和固定在壓縮機殼體18上的第 三軸承30支撐而能夠旋轉。在齒輪殼體20上形成有收容用于將輸出軸21的驅動力向旋轉軸27傳遞的齒輪 單元31和防止油霧混入的防霧裝置32的收容空間Si。油箱13配置在收容空間Sl的下 方。該油箱13也與形成在壓縮機殼體18內的空間S2連通。單向閥16配置在防霧裝置32 上，與均壓管15的另一端15b相連。另外，單向閥16無需一定要配置在防霧裝置32上，只 要是與均壓管15相連即可。齒輪單元31具備固定在馬達22的輸出側21上的大直徑齒輪33，以及固定在旋轉 軸27上并與大直徑齒輪33嚙合的小直徑齒輪35。而且，將馬達22的輸出軸21的旋轉動 力向旋轉軸27傳遞，以使旋轉軸27的轉速相對于輸出軸21的轉速增加。接著，對本實施方式的渦輪冷凍機1以及渦輪壓縮機6的作用進行說明。首先，隨著渦輪冷凍機1以及渦輪壓縮機6的運行開始，通過未圖示的油泵，潤滑 油從油箱13供給到滑動部位11。之后，馬達22被驅動，馬達22的輸出軸21的旋轉動力經 由齒輪單元31向旋轉軸27傳遞，這樣一來，第一壓縮級25以及第二壓縮級26被驅動而旋 轉。當第一壓縮級25被驅動而旋轉時，第一壓縮級25的吸入口 25d成為負壓狀態，來 自流路R5的冷媒氣體X4經由吸入口 25d流入第一壓縮級25。此時，吸入容量被進口導葉 25g適當調節。流入第一壓縮級25的內部的冷媒氣體X4從推力方向流入第一葉輪25a，通過第一 葉輪25a而被賦予了速度能量并向徑向方向排出。在第一葉輪25a被驅動而旋轉，吸入口 25d成為負壓狀態時，與間隙25 j連通的中 繼空間25h內也成為負壓狀態。因此，由于收容空間Sl 一側成為壓力高于中繼空間25h — 側的高壓，所以單向閥16為打開狀態，位于第一葉輪25a的上游一側的吸入口 25d成為經 由間隙25j、中繼空間25h、均壓管15、單向閥16、收容空間Sl而與油箱13連通的狀態。而 且，吸入口 25d與油箱13的內部的壓力大致相等，油箱13的內部也同樣成為負壓狀態。因 此，從被供給潤滑油的第一軸承23、第二軸承28、第三軸承30、齒輪單元31等滑動部位11 流下的潤滑油朝向成為負壓狀態油箱13移動而被回收。從第一葉輪25a排出的冷媒氣體X4通過由第一擴散器25b將速度能量轉換成壓 力能量而被壓縮。從第一擴散器25b排出的冷媒氣體X4經由第一渦管室25c向第一壓縮 級25的外部導出。而且，導出到第一壓縮級25的外部的冷媒氣體X4經由外部配管向第二壓縮級26供給。供給到第二壓縮級26的冷媒氣體X4經由導入渦管室26d從推力方向流入第二葉 輪26a，由第二葉輪26a賦予了速度能量后向徑向方向排出。從第二葉輪26a排出的冷媒氣體X4通過由第二擴散器26b將速度能量轉換成壓 力能量而被進一步壓縮并作為壓縮冷媒氣體XI。
從第二擴散器26b排出的壓縮冷媒氣體Xl經由第二渦管室26c向第二壓縮級26 的外部導出。而且，導出到第二壓縮級26的外部的壓縮冷媒氣體Xl經由流路Rl向冷凝器2供另一方面，在根據節能對策等而使渦輪冷凍機1停止時，冷媒從冷凝器2向渦輪壓 縮機6的入口逆流，吸入口 25d的壓力變高。此時，由于中繼空間25h內的壓力高于收容空 間Sl內的壓力，所以產生冷媒向均壓管15 —側的逆流，但單向閥16是關閉的。這樣一來， 即使中繼空間25h —側的壓力增高，油箱13 (收容空間Si)內的壓力也得以維持，阻止了冷 媒向油箱13—側的逆流。根據該渦輪冷凍機1以及渦輪壓縮機6，由于配置有單向閥16，所以在運行停止時 渦輪壓縮機6的入口一側的壓力高于油箱13(收容空間Si) —側的壓力時，單向閥16關 閉，能夠阻斷均壓管15。因此，能夠通過簡單的結構適當地抑制冷媒穿過均壓管15向油箱 13 (收容空間Si) —側逆流，并能夠抑制伴隨冷媒從油箱13 (收容空間Si)向馬達22等漏 出的潤滑油的泄漏。特別是，由于均壓管15的一端15a是開口于與入口導葉25g的背面連通地設置的 中繼空間25h中配置的，所以在運行時，能夠使油箱13 (收容空間Si)內的壓力與壓力最低 的中繼空間25h為同壓，從而能夠適當地回收潤滑油。而且，由于單向閥16內置在框體10中，所以單向閥16不會向框體10的外部突出， 確保氣密性，并且能夠實現渦輪壓縮機6整體的省空間化。另外，本發明的技術范圍并不僅限于上述實施方式，能夠在不脫離本發明的主旨 的范圍內施加各種變更。例如，在上述實施方式中，單向閥16是內置在框體10中，但并不僅限于此，也可以 如圖3所示，是均壓管15配置在框體10的外部而連通油箱13 (收容空間Si)和中繼空間 25h，單向閥16配置在均壓管15的中途的渦輪壓縮機42以及具備這種渦輪壓縮機的渦輪 冷凍機43。而且，在上述實施方式中，對于具備兩個壓縮級(第一壓縮級25以及第二壓縮級 26)的結構進行了說明，但并不僅限于此，也可以采用具備一個或者三個以上的壓縮級的結 構。另外，對作為框體10分別區分形成有馬達殼體17和壓縮機殼體18以及齒輪殼體 20的渦輪壓縮機進行了說明，但并不僅限于此，例如，也可以是馬達配置在第一壓縮級與第 二壓縮級之間的結構以上，對本發明的優選實施例進行了說明，但本發明并不僅限于這些實施例。能夠 在不脫離本發明的主旨的范圍內進行結構的增加、省略、置換以及其他變更。本發明并不受 上述說明的限定而僅由權利要求書限定。
權利要求
一種渦輪壓縮機，其特征在于，具備殼體；多個壓縮級，能夠經由滑動部位相對于前述框體旋轉地配置；油箱，貯留向前述滑動部位供給的潤滑油；均壓管，使前述油箱與前述壓縮級的入口附近連通；以及單向閥，僅容許流體在前述均壓管中從前述油箱一側向前述壓縮級一側移動。
2.如權利要求1所述的渦輪壓縮機，其特征在于， 具備配置在前述壓縮級的入口處的吸入容量調節部，前述均壓管的一端開口于與前述吸入容量調節部的背面連通地設在前述框體中的中 繼空間中配置。
3.如權利要求1或2所述的渦輪壓縮機，其特征在于，前述單向閥內置在前述框體中。
4.一種冷凍機，其特征在于，具備冷凝器，對壓縮后的冷媒進行冷卻液化；蒸發器，通過使液化的前述冷媒蒸發， 從冷卻對象物獲取氣化熱而對前述冷卻對象物進行冷卻；以及渦輪壓縮機，對由前述蒸發 器蒸發的前述冷媒進行壓縮并向前述冷凝器供給；使用權利要求1或2所述的渦輪壓縮機作為前述渦輪壓縮機。
5.如權利要求4所述的冷凍機，其特征在于，具備冷凝器，對壓縮后的冷媒進行冷卻液化；蒸發器，通過使液化的前述冷媒蒸發， 從冷卻對象物獲取氣化熱而對前述冷卻對象物進行冷卻；以及渦輪壓縮機，對由前述蒸發 器蒸發的前述冷媒進行壓縮并向前述冷凝器供給；使用權利要求3所述的渦輪壓縮機作為前述渦輪壓縮機。
全文摘要
本發明的渦輪壓縮機具備殼體；多個壓縮級，能夠經由滑動部位相對于框體旋轉地配置；油箱，貯留向滑動部位供給的潤滑油；均壓管，使油箱與壓縮級的入口附近連通；以及單向閥，儀容許流體在均壓管中從油箱一側向壓縮級一側移動。
文檔編號F04D29/00GK101963162SQ201010233970
公開日2011年2月2日 申請日期2010年7月20日 優先權日2009年7月21日
發明者塚本稔, 小田兼太郎 申請人:株式會社Ihi