JP2008215107A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機において、効率を低下させることなく旋回失速の発生を適正に抑制する。
【解決手段】ケーシング１１に軸受１３，１４を介して回転軸１２を回転自在に支持し、この回転軸１２に流体を圧縮するインペラ１５を装着して構成し、軸受１３の軸振動を検出する加速度計２１と、軸受１３，１４に供給するオイルを冷却して高粘度とするオイルクーラ２９と、加速度計２１が検出した軸受１３の軸振動に基づいてオイルクーラ２９を作動制御することで軸受１３，１４による回転軸１２の支持剛性を変更するコントローラ２５を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体を昇圧して送り出す圧縮機に関し、例えば、遠心圧縮機や軸流圧縮機などに適用されるものである。

気体を圧縮する圧縮機としては、例えば、遠心圧縮機が知られている。一般的な遠心圧縮機は、ケーシング内に一対の軸受により回転軸が回転自在に支持され、この回転軸に複数のブレードを有するインペラが装着され、このインペラに対してその上流側に吸込通路が形成される一方、下流側に吐出通路が形成されて構成されている。従って、モータにより回転軸を回転すると、インペラが回転し、流体が吸込通路を通してケーシング内に吸い込まれ、このインペラを通過する過程で昇圧され、形成された圧縮流体が吐出通路に吐出される。

このような遠心圧縮機では、圧縮流体を使用する側からみると、流体の供給量が小量となる領域から大量となる領域まで安定して流体が供給されることが望ましい。ところが、この遠心圧縮機にて、供給量を絞って運転したときに、旋回失速と呼ばれる現象が起こることがあり、この旋回失速により軸振動が励起される。この旋回失速とは、旋回失速セルと呼ばれる失速部分（高圧部分）が、インペラの全周で１箇所または複数箇所発生し、インペラの回転速度よりも遅い速度で回転方向に伝播する現象であり、インペラの周方向での圧力分布が均等でなくなるため、回転軸に強制外力を加えることになり、この低周波数域での軸振動が大きくなってしまう。そして、この旋回失速が発生すると、回転軸の軸振動が大きくなり、軸受の損傷や寿命の低下を招いてしまう。

そこで、圧縮機などにおける旋回失速の発生を抑制するものとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された送風機は、ケーシングの内部及び外部または管路内に旋回失速の情報量を検出するセンサを設け、このセンサの出力によりダンパの開度及び送風機の回転数を制御し、送風機の作動点が超低周波音発生領域に入らないように制御するものである。

特開昭５８−１４４６９３号公報

上述した従来の送風機は、センサが検出した旋回失速の情報量に基づいてダンパの開度及び送風機の回転数を制御し、送風機の作動点が超低周波音発生領域に入らないように制御するものであり、この制御により旋回失速の発生を抑制することができる。ところが、この制御方法では、旋回失速の発生を抑制することができるが、小流量の供給が必要な場合、別のシステムで流量を絞る必要があり、トータルとして、送風機自体の効率が低下してしまうという問題がある。

本発明はこのような問題を解決するものであって、効率を低下させることなく旋回失速の発生を適正に抑制することのできる圧縮機を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するための請求項１の発明の圧縮機は、ケーシングに軸受を介して回転軸が回転自在に支持され、該回転軸に流体を圧縮するインペラが装着された圧縮機において、前記回転軸の軸振動を検出する軸振動検出手段と、前記軸受による前記回転軸の支持剛性を変更する支持剛性変更手段と、前記軸振動検出手段が検出した前記回転軸の軸振動に基づいて前記支持剛性変更手段を制御することで前記軸受による前記回転軸の支持剛性を変更する制御手段とを具えたことを特徴とするものである。

請求項２の発明の圧縮機では、前記支持剛性変更手段は、前記軸受に供給する潤滑油を冷却する潤滑油冷却手段を有することを特徴としている。

請求項３の発明の圧縮機では、前記支持剛性変更手段は、前記回転軸に対する前記軸受の支持力を変更するアクチュエータを有することを特徴としている。

請求項４の発明の圧縮機では、前記軸受は、前記回転軸を支持するように周方向に分割された複数の軸受パッドを有し、前記アクチュエータは、前記回転軸に対する前記軸受パッドの押圧力を変更することを特徴としている。

請求項５の発明の圧縮機では、前記軸受は、前記回転軸を支持するように円筒形状をなす複数の軸受パッドを有し、前記アクチュエータは、前記軸受パッドを変形させることで前記回転軸に対する前記軸受パッドの押圧力を変更することを特徴としている。

請求項６の発明の圧縮機では、前記軸受は、磁場の吸引力により前記回転軸を支持する磁気軸受であって、前記支持剛性変更手段は、前記磁気軸受に供給する電流を制御して反発力または吸引力を変更する磁気軸受コントローラを有することを特徴としている。

請求項７の発明の圧縮機では、前記ケーシングと前記回転軸との間に非接触式シール機構が設けられ、該非接触式シール機構におけるシール隙間に対して前記回転軸の回転方向と逆方向に流体を供給する流体供給手段が設けられ、前記制御手段は、前記軸振動検出手段が検出した前記回転軸の軸振動に基づいて前記支持剛性変更手段を制御すると共に、前記流体供給手段を制御することを特徴としている。

請求項１の発明の圧縮機によれば、回転軸の軸振動を検出する軸振動検出手段と、軸受による回転軸の支持剛性を変更する支持剛性変更手段と、軸振動検出手段が検出した回転軸の軸振動に基づいて支持剛性変更手段を制御することで軸受による回転軸の支持剛性を変更する制御手段を設けるので、軸振動検出手段が回転軸の軸振動を検出すると、制御手段は、この回転軸の軸振動に基づいて支持剛性変更手段を制御して軸受による回転軸の支持剛性を変更することで、回転軸の軸振動を抑制することができ、効率を低下させることなく旋回失速の発生を適正に抑制することができる。

請求項２の発明の圧縮機によれば、支持剛性変更手段として、軸受に供給する潤滑油を冷却する潤滑油冷却手段を設けるので、軸振動検出手段が回転軸の軸振動を検出すると、潤滑油冷却手段は、軸受に供給する潤滑油を冷却することで、潤滑油の粘性が低下して支持剛性が高くなり、回転軸の軸振動を適正に抑制することができる。

請求項３の発明の圧縮機によれば、支持剛性変更手段として、回転軸に対する軸受の支持力を変更するアクチュエータを設けるので、軸振動検出手段が回転軸の軸振動を検出すると、アクチュエータは、回転軸に対する軸受の支持力を強くすることで、軸受の支持剛性が高くなって回転軸の軸振動を適正に抑制することができる。

請求項４の発明の圧縮機によれば、軸受に回転軸を支持するように周方向に分割された複数の軸受パッドを設け、アクチュエータが回転軸に対する軸受パッドの押圧力を変更するので、軸振動検出手段が回転軸の軸振動を検出すると、アクチュエータは、回転軸に対する複数の軸受パッドの押圧力を強くすることで、軸受の支持剛性が高くなって回転軸の軸振動を適正に抑制することができる。

請求項５の発明の圧縮機によれば、軸受に回転軸を支持するように円筒形状をなす軸受パッドを設け、アクチュエータが軸受パッドを変形させることで回転軸に対する軸受パッドの押圧力を変更するので、アクチュエータは、軸受を変形して回転軸に対する複数の軸受パッドの押圧力を強くすることで、軸受の支持剛性が高くなって回転軸の軸振動を適正に抑制することができる。

請求項６の発明の圧縮機によれば、軸受を磁場の反発力または吸引力により回転軸を支持する磁気軸受とし、支持剛性変更手段として、磁気軸受に供給する電流を制御して反発力または吸引力を変更する磁気軸受コントローラを設けるので、軸振動検出手段が回転軸の軸振動を検出すると、磁気軸受コントローラは、磁気軸受に供給する電流を制御して反発力または吸引力を高くすることで、軸受の支持剛性が高くなって回転軸の軸振動を適正に抑制することができる。

請求項７の発明の圧縮機によれば、ケーシングと回転軸との間に非接触式シール機構を設け、この非接触式シール機構におけるシール隙間に対して回転軸の回転方向と逆方向に流体を供給する流体供給手段を設け、制御手段は、軸振動検出手段が検出した回転軸の軸振動に基づいて支持剛性変更手段を制御すると共に流体供給手段を制御するので、軸振動検出手段が回転軸の軸振動を検出すると、制御手段は、この回転軸の軸振動に基づいて支持剛性変更手段を制御して軸受による回転軸の支持剛性を変更すると共に、流体供給手段を制御して非接触式シール機構におけるシール隙間に対して回転軸の回転方向と逆方向に流体を供給することで、回転軸の軸振動を適正に抑制することができる。

以下に、本発明に係る圧縮機の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る圧縮機としての遠心圧縮機の概略構成図、図２は、実施例１の遠心圧縮機における軸受動剛性を表すグラフである。

実施例１の遠心圧縮機において、図１に示すように、中空形状をなすケーシング１１内には、回転軸１２が貫通しており、軸方向各端部が軸受１３、１４により回転自在に支持されており、この回転軸１２に複数のインペラ（動翼）１５が装着されている。また、ケーシング１１には、このインペラ１５に対して、吸入口１６が形成され、この吸入口１６に吸入通路１７が連結され、この吸入通路に開閉弁１８が設けられる一方、吐出口１９が形成され、この吐出口１９に吐出通路２０が連結されている。

また、ケーシング１１には、回転軸１２の軸振動を検出する軸振動検出手段として、軸受１３の振動を検出する加速度計２１が設けられている。そして、この加速度計２１には、アンプ２２、バンドパスフィルタ２３、周波数分析器２４、コントローラ(制御手段)２５が接続されている。この加速度計２１は、軸受１３の振動を加速度として検出することで、回転軸１２の軸振動を検出する。そして、アンプ２２は、加速度計２１が検出した軸受１３の振動を増幅し、バンドパスフィルタ２３は、アンプ２２が増幅した軸受１３の振動を特定の周波数に分解し、周波数分析器２４は、特定の周波数に分解した軸受１３の振動に基づいて旋回失速の周波数成分のレベルを算出してコントローラ２５に出力する。

この場合、回転軸１２にて、旋回失速の周波数成分は、回転数の周波数成分より低周波数側にあり、低回転数ほど大きくなるものである。

また、実施例１の遠心圧縮機にて、潤滑油としてのオイルを貯留するオイルタンク２６が設けられると共に、このオイルタンク２６から各軸受１３，１４までオイル供給経路２７が設けられ、このオイル供給経路２７にオイルポンプ２８が設けられている。そして、軸受１３，１４による回転軸１２の支持剛性を変更する支持剛性変更手段として、この軸受１３，１４に供給する潤滑油を冷却する潤滑油冷却手段、具体的には、オイルクーラ２９がオイルタンク２６に設けられている。

制御手段としてのコントローラ２５は、加速度計２１が検出した軸受１３の軸振動に基づいてオイルクーラ２９を制御することで、軸受１３，１４による回転軸１２の支持剛性を変更するようにしている。即ち、オイルは、低温になるほど粘度が高くなることから、オイルクーラ２９によりこのオイルを冷却することで、粘度を上げて回転軸１２の支持剛性を高くすることができる。

従って、本実施例の遠心圧縮機にて、回転軸１２と共にインペラ１５が回転すると、流体が吸入通路１７から吸入口１６を通してケーシング１１内に吸い込まれ、インペラ１５の羽根を通過する過程で昇圧され、生成された圧縮流体が吐出口１９から吐出通路２０に吐出される。

このとき、回転軸１２の回転数を低下して吐出流量を少なくすると、旋回失速が発生しやすくなる。加速度計２１は、軸受１３の振動を加速度として検出し、アンプ２２は、加速度計２１が検出した軸受１３の振動を増幅し、バンドパスフィルタ２３は、アンプ２２が増幅した軸受１３の振動を特定の周波数に分解し、周波数分析器２４は、特定の周波数に分解した軸受１３の振動に基づいて旋回失速の周波数成分のレベルを算出してコントローラ２５に出力する。

コントローラ２５は、旋回失速の周波数成分のレベルが予め設定された所定値より高いとき、オイルクーラ２９を作動してオイルタンク２６内のオイルを冷却することで、オイルの粘度を上げ、この冷却して高粘度となったオイルをオイルポンプ２８によりオイル供給経路２７を通して各軸受１３，１４に供給する。すると、軸受１３，１４は、冷却して高粘度となったオイルを介して回転軸１２を支持することとなり、この回転軸１２の支持剛性が高くなり、回転軸１２の軸振動が減衰して旋回失速の発生が抑制される。

即ち、図２に示すように、旋回失速は、所定の周波数で発生するが、旋回失速の周波数のレベルが高くなったときに、オイルクーラ２９を作動してオイルを冷却すると、オイルの粘度が上げって軸受１３，１４による回転軸１２の支持剛性が高くなる。

このように実施例１の遠心圧縮機にあっては、ケーシング１１に軸受１３，１４を介して回転軸１２を回転自在に支持し、この回転軸１２に流体を圧縮するインペラ１５を装着して構成し、軸受１３の軸振動を検出する加速度計２１と、軸受１３，１４に供給するオイルを冷却して高粘度とするオイルクーラ２９と、加速度計２１が検出した軸受１３の軸振動に基づいてオイルクーラ２９を作動制御することで軸受１３，１４による回転軸１２の支持剛性を変更するコントローラ２５を設けている。

従って、加速度計２１が軸受１３の軸振動を検出すると、コントローラ２５は、この軸受１３の軸振動に基づいてオイルクーラ２９を作動制御し、軸受１３，１４による回転軸１２の支持剛性を高くすることで、回転軸１２の軸振動を適正に抑制することができ、効率を低下させることなく旋回失速の発生を適正に抑制することができる。

この場合、本実施例では、支持剛性変更手段として、軸受１３，１４に供給するオイルを冷却するオイルクーラ（潤滑油冷却手段）を設けており、軸受１３，１４軸振動を検出すると、オイルクーラ２９は軸受１３，１４に供給するオイルを冷却することで、オイルの粘性が低下して軸受１３，１４による回転軸１２の支持剛性が高くなり、回転軸１２の軸振動を適正に抑制することができる。

図３は、本発明の実施例２に係る圧縮機としての遠心圧縮機の概略構成図、図４は、実施例２の遠心圧縮機における軸受の詳細図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２の遠心圧縮機において、図３に示すように、ケーシング１１内には、回転軸１２が軸受３１、３２により回転自在に支持されており、この回転軸１２に複数のインペラ１５が装着されている。また、ケーシング１１には、軸受３１の軸振動を検出する加速度計２１が設けられている。そして、この加速度計２１には、アンプ２２、バンドパスフィルタ２３、周波数分析器２４、コントローラ２５が接続されている。

また、実施例２の遠心圧縮機にて、軸受３１，３２は、同様の構成をなし、図４に示すように、回転軸１２を支持するように、周方向に分割された複数（本実施例では、４つ）の軸受パッド３３を有している。そして、軸受３１，３２による回転軸１２の支持剛性を変更する支持剛性変更手段として、回転軸１２に対する軸受３１，３２の支持力を変更する油圧式アクチュエータ３４が設けられている。このアクチュエータ３４は、各軸受パッド３３の背面側に配設され、回転軸１２に対する各軸受パッド３３の押圧力を変更することができる。

コントローラ２５は、加速度計２１が検出した軸受３１の軸振動に基づいて各アクチュエータ３４を制御することで、軸受３１，３２による回転軸１２の支持剛性を変更するようにしている。即ち、アクチュエータ３４により各軸受パッド３３の押圧力を大きくすることで、回転軸１２の支持剛性を高くすることができる。

従って、本実施例の遠心圧縮機にて、回転軸１２と共にインペラ１５が回転すると、流体が吸入通路１７から吸入口１６を通してケーシング１１内に吸い込まれ、インペラ１５の羽根を通過する過程で昇圧され、生成された圧縮流体が吐出口１９から吐出通路２０に吐出される。

このとき、回転軸１２の回転数を低下して吐出流量を少なくすると、旋回失速が発生しやすくなる。加速度計２１は、軸受３１の振動を加速度として検出し、アンプ２２は、加速度計２１が検出した軸受３１の振動を増幅し、バンドパスフィルタ２３は、アンプ２２が増幅した軸受３１の振動を特定の周波数に分解し、周波数分析器２４は、特定の周波数に分解した軸受３１の振動に基づいて旋回失速の周波数成分のレベルを算出してコントローラ２５に出力する。コントローラ２５は、旋回失速の周波数成分のレベルが予め設定された所定値より高いとき、アクチュエータ３４を作動して各軸受パッド３３の押圧力を大きくすることで、軸受３１，３２による回転軸１２の支持剛性が高くなり、回転軸１２の軸振動が減衰して旋回失速の発生が抑制される。

このように実施例２の遠心圧縮機にあっては、軸受３１の軸振動を検出する加速度計２１と、回転軸１２に対する各軸受パッド３３の押圧力を変更するアクチュエータ３４と、加速度計２１が検出した軸受３１の軸振動に基づいてアクチュエータ３４を作動制御することで軸受３１，３２による回転軸１２の支持剛性を変更するコントローラ２５を設けている。

従って、加速度計２１が軸受３１の軸振動を検出すると、コントローラ２５は、この軸受３１の軸振動に基づいてアクチュエータ３４を作動制御して各軸受パッド３３の押圧力を大きくし、軸受３１，３２による回転軸１２の支持剛性を高くすることで、回転軸１２の軸振動を適正に抑制することができる。

図５は、本発明の実施例３に係る圧縮機としての遠心圧縮機の概略構成図、図６は、実施例３の遠心圧縮機における軸受の詳細図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３の遠心圧縮機において、図５に示すように、ケーシング１１内には、回転軸１２が軸受４１、４２により回転自在に支持されており、この回転軸１２に複数のインペラ１５が装着されている。また、ケーシング１１には、軸受４１の軸振動を検出する加速度計２１が設けられている。そして、この加速度計２１には、アンプ２２、バンドパスフィルタ２３、周波数分析器２４、コントローラ２５が接続されている。

また、実施例３の遠心圧縮機にて、軸受４１，４２は、同様の構成をなし、図６に示すように、回転軸１２を支持するように、円筒形状をなす軸受パッド４３を有している。そして、軸受４１，４２による回転軸１２の支持剛性を変更する支持剛性変更手段として、回転軸１２に対する軸受４１，４２の支持力を変更する２つの油圧式のアクチュエータ４４が設けられている。この各アクチュエータ４４は、軸受パッド４３の背面側に１８０度対向する位置に配設され、軸受パッド４３を偏決させることで回転軸１２に対する軸受パッド３３の押圧力を変更することができる。

コントローラ２５は、加速度計２１が検出した軸受４１の軸振動に基づいて各アクチュエータ４４を制御することで、軸受４１，４２による回転軸１２の支持剛性を変更するようにしている。即ち、アクチュエータ４４により軸受パッド３３を変形してその押圧力を大きくすることで、回転軸１２の支持剛性を高くすることができる。

従って、本実施例の遠心圧縮機にて、回転軸１２と共にインペラ１５が回転すると、流体が吸入通路１７から吸入口１６を通してケーシング１１内に吸い込まれ、インペラ１５の羽根を通過する過程で昇圧され、生成された圧縮流体が吐出口１９から吐出通路２０に吐出される。

このとき、回転軸１２の回転数を低下して吐出流量を少なくすると、旋回失速が発生しやすくなる。加速度計２１は、軸受４１の振動を加速度として検出し、アンプ２２は、加速度計２１が検出した軸受４１の振動を増幅し、バンドパスフィルタ２３は、アンプ２２が増幅した軸受４１の振動を特定の周波数に分解し、周波数分析器２４は、特定の周波数に分解した軸受４１の振動に基づいて旋回失速の周波数成分のレベルを算出してコントローラ２５に出力する。コントローラ２５は、旋回失速の周波数成分のレベルが予め設定された所定値より高いとき、アクチュエータ４４を作動して軸受パッド４３を変形してその押圧力を大きくすることで、軸受４１，４２による回転軸１２の支持剛性が高くなり、回転軸１２の軸振動が減衰して旋回失速の発生が抑制される。

このように実施例３の遠心圧縮機にあっては、軸受４１の軸振動を検出する加速度計２１と、回転軸１２に対する軸受パッド４３の押圧力を変更するアクチュエータ４４と、加速度計２１が検出した軸受４１の軸振動に基づいてアクチュエータ４４を作動制御することで軸受４１，４２による回転軸１２の支持剛性を変更するコントローラ２５を設けている。

従って、加速度計２１が軸受４１の軸振動を検出すると、コントローラ２５は、この軸受４１の軸振動に基づいてアクチュエータ４４を作動制御して軸受パッド４３の押圧力を大きくし、軸受４１，４２による回転軸１２の支持剛性を高くすることで、回転軸１２の軸振動を適正に抑制することができる。

図７は、本発明の実施例４に係る圧縮機としての遠心圧縮機の概略構成図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例４の遠心圧縮機において、図７に示すように、ケーシング１１内には、回転軸１２が軸受５１、５２により回転自在に支持されており、この回転軸１２に複数のインペラ１５が装着されている。また、ケーシング１１には、軸受５１の軸振動を検出する加速度計２１が設けられている。そして、この加速度計２１には、バンドパスフィルタ２３、周波数分析器２４、コントローラ２５が接続されている。

また、実施例４の遠心圧縮機にて、軸受５１，５２は、同様の構成をなし、磁場の反発力（または、吸引力）により回転軸１２を支持する磁気軸受により構成されている。この軸受（磁気軸受）５１，５２は、図示しないが、回転軸１２の周囲に所定の隙間をもって非接触な電磁石が配設されており、軸受５１，５２による回転軸１２の支持剛性を変更する支持剛性変更手段として、この電磁石に供給する電流を制御する磁気軸受コントローラ５３，５４が接続されており、この磁気軸受コントローラ５３，５４に電源装置５５が接続されている。この磁気軸受コントローラ５３，５４は、電源装置５５を用いて軸受５１，５２（電磁石）に供給する電流値を変更することで、回転軸１２に対する軸受５１，５２の反発力を変更することができる。また、軸受５１，５２に近接して変位計５６，５７が設けられており、検出した軸受５１，５２の変位を磁気軸受コントローラ５３，５４にフィードバックしている。

コントローラ２５は、加速度計２１が検出した軸受５１の軸振動に基づいて電源装置５５を介して磁気軸受コントローラ５３，５４の設定値を変更することで、軸受５１，５２による回転軸１２の支持剛性を変更するようにしている。即ち、磁気軸受コントローラ５３，５４により、電磁石に供給される電流値が大きくなるように制御して軸受５１，５２による反発力を大きくし、回転軸１２の支持剛性を高くすることができる。

従って、本実施例の遠心圧縮機にて、回転軸１２と共にインペラ１５が回転すると、流体が吸入通路１７から吸入口１６を通してケーシング１１内に吸い込まれ、インペラ１５の羽根を通過する過程で昇圧され、生成された圧縮流体が吐出口１９から吐出通路２０に吐出される。

このとき、回転軸１２の回転数を低下して吐出流量を少なくすると、旋回失速が発生しやすくなる。加速度計２１は、軸受５１の振動を加速度として検出し、バンドパスフィルタ２３は、加速度計２１が検出した軸受５１の振動を特定の周波数に分解し、周波数分析器２４は、特定の周波数に分解した軸受５１の振動に基づいて旋回失速の周波数成分のレベルを算出してコントローラ２５に出力する。コントローラ２５は、旋回失速の周波数成分のレベルが予め設定された所定値より高いとき、磁気軸受コントローラ５３，５４の設定値を変更して電磁石に供給される電流値を大きくし、軸受５１，５２による反発力を大きくすることで、この軸受５１，５２による回転軸１２の支持剛性が高くなり、回転軸１２の軸振動が低減されて旋回失速の発生が抑制される。

このように実施例４の遠心圧縮機にあっては、回転軸１２を支持する軸受５１，５２を磁気軸受により構成し、この軸受５１の軸振動を検出する加速度計２１と、軸受５１，５２の電磁石に供給する電流を制御する磁気軸受コントローラ５３，５４と、加速度計２１が検出した軸受５１の軸振動に基づいて磁気軸受コントローラ５３，５４の設定値を変更することで軸受５１，５２による回転軸１２の支持剛性を変更するコントローラ２５を設けている。

従って、加速度計２１が軸受５１の軸振動を検出すると、コントローラ２５は、この軸受５１の軸振動に基づいて磁気軸受コントローラ５３，５４の設定値を変更して軸受５１，５２の反発力を大きくし、この軸受５１，５２による回転軸１２の支持剛性を高くすることで、回転軸１２の軸振動を適正に抑制することができる。

図８は、本発明の実施例５に係る圧縮機としての遠心圧縮機の概略構成図、図９は、実施例５の遠心圧縮機におけるラビリンスシール機構の詳細図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例５の遠心圧縮機において、図８に示すように、ケーシング１１内には、回転軸１２が軸受１３、１４により回転自在に支持されており、この回転軸１２に複数のインペラ１５が装着されている。また、ケーシング１１には、軸受１３の軸振動を検出する加速度計２１が設けられている。そして、この加速度計２１には、アンプ２２、バンドパスフィルタ２３、周波数分析器２４、コントローラ２５が接続されている。

また、実施例５の遠心圧縮機にて、ケーシング１１と回転軸１２との間には非接触式シール機構としてのラビリンスシール６１が設けられている。このラビリンスシール６１は、図９に示すように、ラビリンスをつけたブッシュを軸受に固定して回転軸１２の外周と狭い隙間Ｓを保ち、軸受１３，１４からの流体の漏洩を防止するものである。そして、このラビリンスシール６１と回転軸１２との隙間Ｓに対して、回転軸１２の回転方向と逆方向にエア（流体）を供給する２つのシャントホール６２が設けられ、このシャントホール６２に開閉弁６３が設けられている。そして、この各シャントホール６２は、基端部が流体供給手段としてのエア供給装置６４に連結されており、回転軸１２の接線方向にエアを供給することができる。

コントローラ２５は、加速度計２１が検出した軸受１３の軸振動に基づいてエア供給装置６４を制御することで、回転軸１２の軸振動による旋回失速の発生を抑制するようにしている。

従って、本実施例の遠心圧縮機にて、回転軸１２と共にインペラ１５が回転すると、流体が吸入通路１７から吸入口１６を通してケーシング１１内に吸い込まれ、インペラ１５の羽根を通過する過程で昇圧され、生成された圧縮流体が吐出口１９から吐出通路２０に吐出される。

このとき、回転軸１２の回転数を低下して吐出流量を少なくすると、旋回失速が発生しやすくなり、このとき、ラビリンスシール６１と回転軸１２との隙間Ｓに、回転軸１２の回転方向に沿った流体の流れが発生し、旋回失速による軸振動を助長するおそれがある。加速度計２１は、軸受３１の振動を加速度として検出し、アンプ２２は、加速度計２１が検出した軸受３１の振動を増幅し、バンドパスフィルタ２３は、アンプ２２が増幅した軸受３１の振動を特定の周波数に分解し、周波数分析器２４は、特定の周波数に分解した軸受３１の振動に基づいて旋回失速の周波数成分のレベルを算出してコントローラ２５に出力する。コントローラ２５は、旋回失速の周波数成分のレベルが予め設定された所定値より高いとき、エア供給装置６４を作動すると共に開閉弁６３を開放し、各シャントホール６２を通してエアをラビリンスシール６１と回転軸１２との隙間Ｓに供給する。すると、このエアは、回転軸１２の回転方向と逆方向に供給されることから、ラビリンスシール６１と回転軸１２との隙間Ｓにおける流体の流れが減少し、旋回失速による軸振動の増大が抑制される。

このように実施例５の遠心圧縮機にあっては、ケーシング１１と回転軸１２との間にラビリンスシール６１を設け、このラビリンスシール６１と回転軸１２との隙間Ｓに対して回転軸１２の回転方向と逆方向にエアを供給するシャントホール６２を設け、このシャントホール６２にエア供給装置６４を連結し、軸受１３の軸振動を検出する加速度計２１と、この加速度計２１が検出した軸受１３の軸振動に基づいてエア供給装置６４を作動制御するコントローラ２５を設けている。

従って、加速度計２１が軸受１３の軸振動を検出すると、コントローラ２５は、この軸受１３の軸振動に基づいてエア供給装置６４を作動し、シャントホール６２を通してラビリンスシール６１と回転軸１２との隙間Ｓにエアを供給すると、このエアがラビリンスシール６１と回転軸１２との隙間Ｓにおける流体の流れに対抗して減少させることから、シールによる励振力の発生低減し、回転軸１２の軸振動を適正に抑制することができる。

なお、この実施例５の構成は、上述した実施例１〜４と共に設けることで効果的に旋回失速を抑制することができる。

なお、上述の各実施例では、回転軸１２の軸振動を検出する軸振動検出手段として、軸受１３，３１，４１の振動を検出する加速度計２１を用いたが、ケーシング１１内におけるディフューザ周辺の圧力を検出する圧力計としてもよく、この場合、圧力計が検出した圧力をバンドパスフィルタ２３により特定の周波数に分解し、周波数分析器２４により旋回失速の周波数成分のレベルを算出することとなる。また、回転軸１２の軸振動を直接検出してもよい。

本発明に係る圧縮機は、軸受による回転軸の支持剛性を変更することで、効率を低下させることなく旋回失速の発生を適正に抑制することのできるものであり、遠心圧縮機や軸流圧縮機などの圧縮機に有用である。

本発明の実施例１に係る圧縮機としての遠心圧縮機の概略構成図である。 実施例１の遠心圧縮機における軸受動剛性を表すグラフである。 本発明の実施例２に係る圧縮機としての遠心圧縮機の概略構成図である。 実施例２の遠心圧縮機における軸受の詳細図である。 本発明の実施例３に係る圧縮機としての遠心圧縮機の概略構成図である。 実施例３の遠心圧縮機における軸受の詳細図である。 本発明の実施例４に係る圧縮機としての遠心圧縮機の概略構成図である。 本発明の実施例５に係る圧縮機としての遠心圧縮機の概略構成図である。 実施例５の遠心圧縮機におけるラビリンスシール機構の詳細図である。

符号の説明

１１ ケーシング
１２ 回転軸
１３，１４，３１，３２．４１，４２，５１，５２ 軸受
１５ インペラ
２１ 加速度計(軸振動検出手段)
２５ コントローラ(制御手段)
２６ オイルタンク
２７ オイル供給経路
２８ オイルポンプ
２９ オイルクーラ(支持剛性変更手段、潤滑油冷却手段)
３３，４３ 軸受パッド
３４，４４ アクチュエータ(支持剛性変更手段)
５３，５４ 磁気軸受コントローラ
５５ 電源装置
６１ ラビリンスシール（非接触式シール機構）
６２ シャントホール
６４ エア供給装置（流体供給装置）

Claims (7)

1. ケーシングに軸受を介して回転軸が回転自在に支持され、該回転軸に流体を圧縮するインペラが装着された圧縮機において、前記回転軸の軸振動を検出する軸振動検出手段と、前記軸受による前記回転軸の支持剛性を変更する支持剛性変更手段と、前記軸振動検出手段が検出した前記回転軸の軸振動に基づいて前記支持剛性変更手段を制御することで前記軸受による前記回転軸の支持剛性を変更する制御手段とを具えたことを特徴とする圧縮機。
2. 請求項１に記載の圧縮機において、前記支持剛性変更手段は、前記軸受に供給する潤滑油を冷却する潤滑油冷却手段を有することを特徴とする圧縮機。
3. 請求項１に記載の圧縮機において、前記支持剛性変更手段は、前記回転軸に対する前記軸受の支持力を変更するアクチュエータを有することを特徴とする圧縮機。
4. 請求項３に記載の圧縮機において、前記軸受は、前記回転軸を支持するように周方向に分割された複数の軸受パッドを有し、前記アクチュエータは、前記回転軸に対する前記軸受パッドの押圧力を変更することを特徴とする圧縮機。
5. 請求項３に記載の圧縮機において、前記軸受は、前記回転軸を支持するように円筒形状をなす軸受パッドを有し、前記アクチュエータは、前記軸受パッドを変形させることで前記回転軸に対する前記軸受パッドの押圧力を変更することを特徴とする圧縮機。
6. 請求項１に記載の圧縮機において、前記軸受は、磁場の反発力または吸引力により前記回転軸を支持する磁気軸受であって、前記支持剛性変更手段は、前記磁気軸受に供給する電流を制御して反発力または吸引力を変更する磁気軸受コントローラを有することを特徴とする圧縮機。
7. 請求項１から６のいずれか一つに記載の圧縮機において、前記ケーシングと前記回転軸との間に非接触式シール機構が設けられ、該非接触式シール機構におけるシール隙間に対して前記回転軸の回転方向と逆方向に流体を供給する流体供給手段が設けられ、前記制御手段は、前記軸振動検出手段が検出した前記回転軸の軸振動に基づいて前記支持剛性変更手段を制御すると共に、前記流体供給手段を制御することを特徴とする圧縮機。

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