JP5078680B2 - ターボ圧縮機およびターボ冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、ターボ圧縮機およびターボ冷凍機に関し、特に回転軸の軸受としてアンダーレース潤滑方式の転がり軸受を採用したものに関する。

特許文献１には、ターボ冷凍機に使用されるターボ圧縮機に対して、高速回転での運転を可能とするために、機械損失の小さい転がり軸受を適用したものが開示されている。
また、特許文献２には、工作機械の主軸に対して、軸受の内輪に沿って遠心力により軸受内部に潤滑油を給油するアンダーレース潤滑方式の転がり軸受が採用されたものが開示されている。

特開２０００−２９１５８７号公報 特開平８−３０９６４４号公報

ターボ圧縮機をさらに高速回転させて高性能化するために、アンダーレース潤滑方式の転がり軸受を採用することが考えられるが、以下のような問題がある。
アンダーレース潤滑方式では、遠心力によって軸受内部に供給される潤滑油量が決定されるため、運転状態に応じた適切な供給油量とならない場合がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、運転状態に応じた適正な潤滑油量を供給することができるターボ圧縮機およびターボ冷凍機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のターボ圧縮機およびターボ冷凍機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるターボ圧縮機は、ハウジングに転がり軸受を介して回転自在に支持され、駆動源により可変速回転される回転軸の少なくとも一端に羽根車が設けられたターボ圧縮機において、前記転がり軸受は、内輪に沿って遠心力により軸受内部に潤滑油が給油されるアンダーレース潤滑方式の転がり軸受とされ、該転がり軸受には、軸受に給油される潤滑油の給油量を調節する給油機構が設けられ、該給油機構は、前記回転軸の回転数が第１回転数未満の場合には、遠心力によって前記転がり軸受内に潤滑油が給油される量よりも少ない過小給油量を供給するように制御されることを特徴とする。

回転軸の回転数が第１回転数未満のように比較的低速回転の場合には、遠心力によって転がり軸受内に潤滑油が供給される量よりも少ない過小給油量とすることにより、攪拌損失を可及的に減らし、軸受損失を低減した状態で運転を行うことができる。
なお、潤滑油の供給量は、給油圧力を制御することによって行うことが好ましい。

さらに、本発明のターボ圧縮機は、前記第１回転数は、前記転がり軸受の外輪温度が閾値を超える回転数とされていることを特徴とする。

転がり軸受の外輪温度が閾値を超える回転数を第１回転数として設定し、この第１回転数未満では上記のように低損失にて運転を継続することとした。つまり、第１回転数未満では、外輪温度の上昇を許容することにより低損失での運転を優先することとしている。

さらに、本発明のターボ圧縮機は、軸受損失を最小にする給油量が前記回転軸の回転数に応じて決定されたデータに基づいて前記給油機構が制御されることを特徴とする。

軸受損失を最小にする給油量を回転軸の回転数に応じて決定されたデータに基づいて運転してフィードフォワード制御することにより、安定的な制御が可能となる。

さらに、本発明のターボ圧縮機は、前記回転軸の定格回転数が、前記第１回転数未満に設定されていることを特徴とする。

回転軸の定格回転数を第１回転数未満に設定することにより、定格運転時には常に低損失にて運転することができる。

さらに、本発明のターボ圧縮機では、前記転がり軸受の外輪温度は、前記回転軸の回転数に応じた設定外輪温度となるように、前記潤滑油の給油温度によって制御され、前記回転軸の回転数が前記第１回転数未満の場合には、前記設定外輪温度を超えた場合であっても、前記外輪の現在値温度に基づいて修正した後の外輪温度となるように前記給油温度を制御することを特徴とする。

回転軸の回転数が第１回転数未満の場合には、比較的回転数が低いので、外輪温度の上昇は許容できる。したがって、外輪温度が回転軸の回転数に応じた設定外輪温度を超えた場合であっても、外輪の現在値温度に基づいて修正した後の外輪温度となるように潤滑油の給油温度を制御することによって、給油量を増大させずに制御することとした。これにより、低損失での運転を継続することができる。
なお、ターボ圧縮機をターボ冷凍機に適用した場合に、冬期の寒い時期の暖房運転時やフロスト継続運転時に外輪温度が設定外輪温度を超えることがあり、この場合に特に有効である。

また、本発明のターボ圧縮機は、ハウジングに転がり軸受を介して回転自在に支持され、駆動源により可変速回転される回転軸の少なくとも一端に羽根車が設けられたターボ圧縮機において、前記転がり軸受は、内輪に沿って遠心力により軸受内部に潤滑油が給油されるアンダーレース潤滑方式の転がり軸受とされ、該転がり軸受には、軸受に給油される潤滑油の給油量を調節する給油機構が設けられ、該給油機構は、前記回転軸の回転数が第１回転数以上の場合には、遠心力によって前記転がり軸受内に潤滑油が給油される量よりも多い過大給油量を供給するように制御されることを特徴とする。

比較的高速回転で回転軸が運転される場合には、攪拌損失を可及的に減らした低損失運転を目指した給油量とすると、給油量の絶対量が不足するため軸受の発熱を十分に除去することができずに軸受温度が上昇する。そこで、本発明では、回転軸の回転数が第１回転数以上のように比較的高速回転の場合には、攪拌損失を許容しつつ、遠心力によって転がり軸受内に潤滑油が供給される量よりも多い過大給油量とすることにより、軸受温度の過剰な増大を防止する。

さらに、本発明のターボ圧縮機は、ハウジングに転がり軸受を介して回転自在に支持され、駆動源により可変速回転される回転軸の少なくとも一端に羽根車が設けられたターボ圧縮機において、前記転がり軸受は、内輪に沿って遠心力により軸受内部に潤滑油が給油されるアンダーレース潤滑方式の転がり軸受とされ、該転がり軸受には、軸受に給油される潤滑油の給油量を調節する給油機構が設けられ、該給油機構は、前記回転軸の回転数が第１回転数以上の場合には、遠心力によって前記転がり軸受内に潤滑油が給油される量よりも多い過大給油量を供給するように制御されることを特徴とする。

上記の各発明の制御を備えることとすれば、第１回転数未満では低損失での運転を行うとともに、第１回転数以上では軸受温度の管理を優先した運転を行うことができる。

さらに、本発明のターボ圧縮機では、前記第１回転数は、前記転がり軸受の外輪温度が閾値を超える回転数とされていることを特徴とする。

転がり軸受の外輪温度が閾値を超える回転数を第１回転数として設定し、この第１回転数以上では上記のように外輪温度を所定値以下に管理する運転を継続することとした。

さらに、本発明のターボ圧縮機は、前記転がり軸受の外輪温度を前記閾値以下に保つ給油量が前記回転軸の回転数に応じて決定されたデータに基づいて前記給油機構が制御されることを特徴とする。

転がり軸受の外輪温度を前記閾値以下に保つ給油量を回転軸の回転数に応じて決定されたデータに基づいて運転してフィードフォワード制御することにより、安定的な制御が可能となる。

また、本発明のターボ冷凍機は、冷凍サイクルを構成するターボ圧縮機として、上記のいずれかに記載のターボ圧縮機を備えたことを特徴とする。

上記の各発明のターボ圧縮機を備えたターボ冷凍機とすることにより、低回転数では低い軸受損失での運転が実現され、また、高回転数では転がり軸受の外輪温度が管理された運転が実現される。

さらに、本発明のターボ冷凍機は、前記転がり軸受の外輪温度が前記閾値を超えた場合には、当該ターボ冷凍機の出力を減じることを特徴とする。

転がり軸受の外輪温度が閾値を超えた場合には、ターボ冷凍機の出力を減じることによって外輪温度の低下を図ることとした。これにより、転がり軸受ないし転がり軸受周りの故障を防止することができる。なお、ターボ冷凍機の出力を減じる場合には、例えば、ターボ圧縮機への吸込冷媒量を調整する入口ベーンを絞ることとすれば良い。

本発明によれば、以下の作用効果を奏する。
ターボ圧縮機の回転軸の回転数が第１回転数よりも低い場合には、転がり軸受の軸受損失を低減した状態で運転を行うことができる。
また、ターボ圧縮機の回転軸の回転数が第１回転数よりも高い場合には、軸受温度の過剰な増大を防止することができる。

以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態にかかるターボ圧縮機１の縦断面図が示されている。ターボ圧縮機１は、圧縮機側ハウジング２Ａとモータ側ハウジング２Ｂとを一体に結合して構成されるハウジング２を備えている。モータ側ハウジング２Ｂには、図示省略のインバータ装置を介して可変速駆動される電動モータ３が組み込まれる。この電動モータ３のモータ軸３Ａの一端は、モータ側ハウジング２Ｂから圧縮機側ハウジング２Ａに突出されている。

圧縮機側ハウジング２Ａ内には、可変ガイドベーン４を備えた冷媒ガスの吸い込み口５が形成され、この吸い込み口５に続く下流側流路には、第１段圧縮ステージ６および第２段圧縮ステージ７が順次設けられる。第１段圧縮ステージ６には、ディフューザ部８、リターンベント９およびガイドベーン１０が設けられ、第２段圧縮ステージ７には、ディフューザ部１１およびスクロール室１２が設けられる。このスクロール室１２から図示省略の吐出口を経て圧縮された冷媒ガスが外部に吐き出されるように構成される。

また、圧縮機側ハウジング２Ａ内には、回転軸１３が回転自在に設置され、この回転軸１３の一端側には、第１段圧縮ステージ６用の第１段羽根車１４と、第２段圧縮ステージ７用の第２段羽根車１５とが設けられる。回転軸１３は、ほぼ中央部が軸受箱１６を介して圧縮機側ハウジング２Ａに設置される複数のアンギュラ玉軸受からなる転がり軸受１７により支持され、他端部が軸受箱１８を介してモータ側ハウジング２Ｂに設置される複数のアンギュラ玉軸受からなる転がり軸受１９により支持される。

上記転がり軸受１７，１９によって支持される回転軸１３の中間部位には、小径の歯車２０が設けられる。この歯車２０は、モータ軸３Ａの一端に設けられる大径の歯車２１と噛み合わされ、これらの歯車２０，２１によって、増速機構２２が構成される。

回転軸１３を支持する転がり軸受１７，１９には、図２に示されるように、内輪３５側に円周方向に沿って等間隔で複数のノズル孔３２を有するスクープ３１が設けられる。このスクープ３１には、給油孔３３Ａおよびノズル孔３３Ｂを有する固定側間座３３および軸受箱１６，１８を介してハウジング２に設けられている給油孔３４（図１参照）から潤滑油が給油されるように構成される。スクープ３１に給油された潤滑油は、スクープ３１のノズル孔３２から転がり軸受１７，１９の内輪３５の傾斜に沿って遠心力により軸受内部へと給油され、内輪３５および外輪３６と玉３７との間に油膜を形成して、転がり軸受１７，１９を潤滑する。このようにして、アンダーレース潤滑方式の転がり軸受１７，１９が構成される。転がり軸受１７，１９を潤滑した潤滑油は、ハウジング２内に排出され、ハウジング２に設けられている排油孔３８を経て油タンク３９（図３参照）に戻される。

図３には、転がり軸受１７，１９に対する給油機構４０の構成が示されている。給油機構４０は、油タンク３９内の潤滑油を給油孔３４に供給する給油ライン４１と、給油ライン４１に潤滑油を送り出す給油ポンプ４２と、給油ポンプ４２を可変速駆動するインバータ駆動のモータ４３と、給油ポンプ４２から給油ライン４１に送り出された潤滑油を油タンク３９に戻すリリーフライン４４と、リリーフライン４４に設けられる制御弁４５と、給油ライン４１を経て給油される潤滑油を冷却するオイルクーラ４６と、オイルクーラ４６に冷熱源となる冷媒をターボ冷凍機の冷凍サイクルの適所（冷凍サイクルを構成する凝縮器内の液溜めから蒸発器内の液溜めに至る迄の間の冷媒配管系または構成機器）から分岐して導入する冷媒系路４７と、冷媒系路４７に設けられる流量調整弁４８と、潤滑油の給油圧力を検出する圧力センサ４９と、潤滑油の給油温度を検出する温度センサ５０と、転がり軸受１７，１９の外輪３６の温度を検出する温度センサ５１と、これら圧力センサ４９および温度センサ５０，５１の検出値に基づいて給油ポンプ４２（モータ４３）の回転数ならびに制御弁４５および流量調整弁４８の開度を制御する制御部５２とから構成される。

制御部５２は、回転軸１３の回転数と給油圧力とを検出し、予め設定された回転軸１３の回転数に対応する給油量と給油圧力との関係に基づいて、給油ポンプ４２の回転数または制御弁４５の開度、あるいはその両方により給油圧力を制御し、転がり軸受１７，１９に対する給油量を回転軸１３の回転数に応じて制御する。

具体的には、図４に示すようなマップ（データ）に基づいて給油量を制御する。同図に示したマップは、ターボ圧縮機１の機種毎に、予め行われる試運転によって得られる。
一般に、アンダーレース潤滑方式の転がり軸受では、遠心力のみによって給油が行われる場合を想定すると、同図の直線Ａで示すように、給油量Ｑは回転数Ｎに比例する。また、転がり軸受の発熱は、回転数のべき乗で表現することができる。したがって、転がり軸受の外輪温度を一定に保つためには、同図曲線Ｂに示すように、給油量ＱはＮのべき乗（同図の場合では、Ｑ＝ｋ２Ｎ^１．４）で表現される。

一方、玉３７と内輪３５及び外輪３６との間に潤滑を行う上で必要十分な油膜が形成されている場合には、攪拌損失が殆ど生じないので、転がり軸受の損失が最小となる。このときの給油量Ｑを示したのが直線Ｃである。

以上の直線Ａ，曲線Ｂ及び直線Ｃを比較すると分かるように、比較的低回転では、直線Ｃを選択すれば、最も給油量が少なく損失が少ない運転が可能であることがわかる。すなわち、アンダーレース潤滑方式として遠心力のみによって成り行きで潤滑油を供給する場合（直線Ａ）よりも少ない過小給油量（直線Ｃ）を選択することにより、積極的に高効率な運転を実現することができる。

ただし、直線Ｃでは、給油量が少ないため、転がり軸受の外輪温度は上昇することになる。これは、直線Ｃが曲線Ｂを給油量Ｑにおいて下回っていることから明らかである。そこで、第１回転数Ｎ１を閾値とし、第１回転数Ｎ１以上となった場合には、曲線Ｂを選択し、転がり軸受の外輪温度を上昇させずに一定で制御する給油量とする。すなわち、第１回転数Ｎ１以上では、攪拌損失を許容しつつ、遠心力のみによって成り行きで転がり軸受内に潤滑油が供給される量（直線Ａ）よりも多い過大給油量を供給することにより、外輪温度の過剰な増大を防止する。

第１回転数Ｎ１は、外輪温度が所定の閾値（例えば、外輪温度として許容される温度、本実施形態では８５℃）を超える回転数に設定することが好ましい。
また、回転軸１３の定格回転数は、第１回転数未満に設定することが好ましい。これにより、定格運転時では常に低損失にて運転することができる。

また、制御部５２は、転がり軸受１７，１９の外輪３６の温度を検出し、外輪温度が所定値となるようにオイルクーラ４６により給油温度を調節する。給油温度は、流量調整弁４８により冷媒系路４７を経てオイルクーラ４６に導入される冷媒の流量を制御することによって、調節することができる。このように、給油温度を調節して転がり軸受１７，１９の外輪温度を所定値に制御することにより、軸受の冷却用に潤滑油を過剰に供給する必要がなくなり、給油量を潤滑に用いられる必要最小限量に抑制することが可能となる。
給油温度の制御は、図４において採用した回転軸１３の第１回転数Ｎ１を用いて、図５のように行う。すなわち、図５に示すように、第１回転数Ｎ１未満の低回転数では、外輪温度を回転数に比例した温度とし、これを低回転時設定外輪温度ＴＬとする。一方、第１回転数Ｎ１以上の高回転数では、許容される外輪温度（例えば８５℃）を回転数にかかわらず一定とされた温度とし、これを高回転時設定外輪温度ＴＨとする。このように外輪温度を使い分けることにより、低回転時には回転数に応じた外輪温度の上昇を許容しつつ低損失運転を実現することを重視し、高回転時には外輪温度の許容値を超えないようにして安定した継続運転を行うことを重視した制御とする。

次いで、上記構成を有するターボ圧縮機１の動作について説明する。
電動モータ３が駆動され、モータ軸３Ａが回転されると、その一端に設けられている歯車２１および歯車２１に噛み合う歯車２０により構成される増速機構２２により回転が増速され、回転軸１３が高速で回転される。回転軸１３が回転されると、第１段羽根車１４および第２段羽根車１５が回転され、圧縮動作が開始される。第１段羽根車１４および第２段羽根車１５の回転により吸い込み口５から可変ガイドベーン４を経てターボ圧縮機１に吸い込まれた冷媒ガスは、第１段圧縮ステージ６および第２段圧縮ステージ７を経て２段圧縮される。２段圧縮された高圧の冷媒ガスは、スクロール室１２より図示省略の吐出口を経て圧縮機外部へと吐き出される。この高圧冷媒ガスが、ターボ圧縮機１および図示省略の凝縮器、減圧装置、蒸発器等から構成されるターボ冷凍機の冷凍サイクル内を循環することにより、所要の冷凍効果が奏される。

一方、回転軸１３を支持する転がり軸受１７，１９には、給油機構４０から所要量の潤滑油が給油される。この潤滑油は、給油機構４０の給油ライン４１から給油孔３４、軸受箱１６，１８、および固定側間座３３を経てスクープ３１に給油され、スクープ３１の複数のノズル孔３２より内輪３５の傾斜に沿わせて軸受内部に給油される。

すなわち、制御部５２は、回転軸１３の回転数に比例する給油量に対応して予め設定される給油圧力に基づいて、給油ポンプ４２の回転数またはリリーフライン４４に設けられている制御弁４５の開度、あるいはその両方により給油圧力を制御し、給油機構４０から転がり軸受１７，１９への給油量を調節する。これにより、回転軸１３の回転数変動に対応して、所望の潤滑油を転がり軸受１７，１９に給油することができる。

また、制御部５２は、給油機構４０から転がり軸受１７，１９に給油される潤滑油の給油温度を調節して、転がり軸受１７，１９における外輪３６の温度を一定に制御する。つまり、制御部５２は、温度センサ５１により転がり軸受１７，１９の外輪温度を検出するとともに、温度センサ５０により給油温度を検出し、冷媒系路４７を経てオイルクーラ４６に導入される冷媒流量を流量調整弁４８により調整してオイルクーラ４６の冷却能力を制御することによって、潤滑油の給油温度を調節し、外輪３６の温度を一定に制御する。

次に、図６を用いて、転がり軸受１７，１９に潤滑油を給油する制御方法について説明する。
運転中では、ステップＳ１にて、回転軸１３の回転数を得て、第１回転数Ｎ１未満か否かを判定する。
［低回転時］
回転軸１３の回転数が第１回転数Ｎ１未満の場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ２へと進み、図５に示したマップから、回転軸１３の回転数に応じた低回転時設定外輪温度ＴＬを得る。また、ステップＳ２では、図４に示したマップから、回転軸１３の回転数に応じた給油量Ｑ（＝ｋ１Ｎ）を得る。この場合、低損失を実現する給油量Ｑが選定される。この給油量Ｑを満たすように、制御部５２によって給油機構４０から転がり軸受１７，１９に給油される（フィードフォワード制御）。
そして、ステップＳ３へと進み、潤滑油温度Toilsが設定潤滑油温度Tsetよりも高いか否かを判定する。潤滑油温度Toilsは、図３に示した温度センサ５０によって得られる。潤滑油温度Toilsが設定潤滑油温度Tset以下の場合（ＮＯ）には、ステップＳ４へと進み、ステップＳ２にて得られた低回転時設定外輪温度ＴＬよりも現在の外輪温度Ｔが高いか否かを判定する。現在の外輪温度Ｔは、図３に示した温度センサ５１によって得られる。低回転時設定外輪温度ＴＬよりも現在の外輪温度Ｔが高い場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ５へと進み、外輪温度Ｔが低回転時設定外輪温度ＴＬに等しくなるように潤滑油温度をフィードバック制御する。外輪温度Ｔの調整は、上述したように、オイルクーラ４６（図３参照）の冷却能力を制御することによって行う。すなわち、潤滑油の供給量Ｑを変化させることは行わず、低損失での運転を実現するようになっている。ステップＳ４にて、現在の外輪温度Ｔが低回転時設定外輪温度ＴＬ以下の場合（ＮＯ）には、外輪温度が十分に冷却されているので、そのまま運転を継続する（リターン）。

一方、ステップＳ３にて、潤滑油温度Toilsが設定潤滑油温度Tsetよりも高い場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ６へと進み、低回転時設定外輪温度ＴＬに潤滑油温度Toilsと設定潤滑油温度Tsetとの差分値を加えた値と、外輪温度Ｔとを比較する。外輪温度Ｔが、低回転時設定外輪温度ＴＬに潤滑油温度Toilsと設定潤滑油温度Tsetとの差分値を加えた値よりも小さい場合（ＮＯ）には、外輪温度Ｔがそれほど上昇していないと判断し、そのまま運転を継続する（リターン）。一方、外輪温度Ｔが、低回転時設定外輪温度ＴＬに潤滑油温度Toilsと設定潤滑油温度Tsetとの差分値を加えた値よりも大きい場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ７へと進み、外輪温度Ｔが、低回転時設定外輪温度ＴＬに潤滑油温度Toilsと設定潤滑油温度Tsetとの差分値を加えた値となるようにフィードバック制御する。このときも、ステップＳ５と同様に、オイルクーラ４６（図３参照）の冷却能力を制御することによって温度調整を行い、潤滑油の供給量Ｑを変化させることは行わない。ステップＳ７による制御は、次のような利点を有する。回転軸１３の回転数が第１回転数Ｎ１未満の場合には、比較的回転数が低いので、外輪温度の上昇は許容できる。したがって、外輪温度が回転軸の回転数に応じた低回転時設定外輪温度ＴＬを超えた場合であっても、外輪の現在値温度に基づいて修正した後の外輪温度となるように潤滑油の給油温度を制御することによって、給油量を増大させずに制御することとした。これにより、低損失での運転を継続することができる。なお、本実施形態のように、ターボ圧縮機をターボ冷凍機に適用した場合には、冬期の寒い時期の暖房運転時やフロスト継続運転時に外輪温度が設定外輪温度を超えることがあり、この場合に本制御は特に有効である。

［高回転時］
ステップＳ１にて、回転軸１３の回転数が第１回転数Ｎ１以上の場合（ＮＯ）には、ステップＳ１０へと進み、図５に示したマップから、回転軸１３の回転数に応じた高回転時設定外輪温度ＴＨを得る。すなわち、高回転時設定外輪温度ＴＨは、本実施形態では８５℃一定に設定される。また、ステップＳ２では、図４に示したマップから、回転軸１３の回転数に応じた給油量Ｑ（＝ｋ２Ｎ^ａ）を得る。この場合、攪拌損失を許容しつつ外輪温度の管理を重視した給油量Ｑが選定される。この給油量Ｑを満たすように、制御部５２によって給油機構４０から転がり軸受１７，１９に給油される（フィードフォワード制御）。

そして、ステップＳ１１へと進み、ステップＳ１０にて得られた高回転時設定外輪温度ＴＨよりも現在の外輪温度Ｔが高いか否かを判定する。現在の外輪温度Ｔは、図３に示した温度センサ５１によって得られる。高回転時設定外輪温度ＴＨよりも現在の外輪温度Ｔが高い場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１２へと進み、外輪温度Ｔが高回転時設定外輪温度ＴＨに等しくなるように潤滑油温度をフィードバック制御する。外輪温度Ｔの調整は、上述したように、オイルクーラ４６（図３参照）の冷却能力を制御することによって行う。すなわち、潤滑油の供給量Ｑを変化させることは行わない。ステップＳ１１にて、現在の外輪温度Ｔが高回転時設定外輪温度ＴＨ以下の場合（ＮＯ）には、外輪温度が閾値を超えていないので、そのまま運転を継続する（リターン）。

［過負荷制御］
図６のフローチャートには示されていないが、以下のような過負荷制御も行うようになっている。
転がり軸受１７，１９の外輪温度が閾値（例えば９０℃）を超えた場合には、ターボ冷凍機の出力を減じることによって外輪温度の低下を図る。これにより、転がり軸受１７，１９の故障を防止することができる。なお、ターボ冷凍機の出力を減じる場合には、例えば、ターボ圧縮機１への吸込冷媒量を調整する可変ガイドベーン４（入口ベーン，図１参照）を絞ることとすれば良い。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
回転軸１３の回転数が第１回転数Ｎ１未満のように比較的低速回転の場合には、遠心力によって転がり軸受内に潤滑油が供給される量よりも少ない過小給油量とすることにより、攪拌損失を可及的に減らし、軸受損失を低減した状態で運転を行うことができる。
また、軸受損失を最小にする給油量Ｑを回転軸１３の回転数に応じて決定されたデータ（図４参照）に基づいて運転してフィードフォワード制御することにより、安定的な制御が可能となる。
また、回転軸１３の回転数が第１回転数Ｎ１以上のように比較的高速回転の場合には、攪拌損失を許容しつつ、遠心力によって転がり軸受内に潤滑油が供給される量よりも多い過大給油量とすることとした。これにより、軸受温度の過剰な増大を防止することができ、転がり軸受ないし軸受周りの故障を回避することができる。
また、転がり軸受の外輪温度を閾値以下に保つ給油量を回転軸１３の回転数に応じて決定されたデータに基づいて運転してフィードフォワード制御することとしたので、安定的な制御が可能となる。

本発明の一実施形態にかかるターボ圧縮機の縦断面図である。 図１に示したターボ圧縮機の回転軸を支持する転がり軸受の縦断面図である。 図１に示したターボ圧縮機の回転軸を支持する転がり軸受に潤滑油を供給する給油機構を示した構成図である。 回転数に応じて設定される給油量を示したグラフである。 回転数に応じて設定される設定外輪温度を示したグラフである。 図１に示したターボ圧縮機の回転軸を支持する転がり軸受の給油制御を示したフローチャートである。

符号の説明

１ ターボ圧縮機
２ ハウジング
３ 電動モータ
１３ 回転軸
１４，１５ 羽根車
１７，１９ 転がり軸受
３１ スクープ
３２ ノズル孔
３５ 内輪
３６ 外輪
４０ 給油機構
４２ 給油ポンプ
４４ リリーフライン
４５ 制御弁
４６ オイルクーラ
４８ 流量調整弁
４９ 油圧センサ
５０，５１ 温度センサ
Ｎ１ 第１回転数

Claims (11)

1. ハウジングに転がり軸受を介して回転自在に支持され、駆動源により可変速回転される回転軸の少なくとも一端に羽根車が設けられたターボ圧縮機において、
   前記転がり軸受は、内輪に沿って遠心力により軸受内部に潤滑油が給油されるアンダーレース潤滑方式の転がり軸受とされ、
   該転がり軸受には、軸受に給油される潤滑油の給油量を調節する給油機構が設けられ、
   該給油機構は、前記回転軸の回転数が第１回転数未満の場合には、遠心力によって前記転がり軸受内に潤滑油が給油される量よりも少ない過小給油量を供給するように制御されることを特徴とするターボ圧縮機。
2. 前記第１回転数は、前記転がり軸受の外輪温度が閾値を超える回転数とされていることを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機。
3. 軸受損失を最小にする給油量が前記回転軸の回転数に応じて決定されたデータに基づいて前記給油機構が制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載のターボ圧縮機。
4. 前記回転軸の定格回転数が、前記第１回転数未満に設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のターボ圧縮機。
5. 前記転がり軸受の外輪温度は、前記回転軸の回転数に応じた設定外輪温度となるように、前記潤滑油の給油温度によって制御され、
   前記回転軸の回転数が前記第１回転数未満の場合には、前記設定外輪温度を超えた場合であっても、前記外輪の現在値温度に基づいて修正した後の外輪温度となるように前記給油温度を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のターボ圧縮機。
6. ハウジングに転がり軸受を介して回転自在に支持され、駆動源により可変速回転される回転軸の少なくとも一端に羽根車が設けられたターボ圧縮機において、
   前記転がり軸受は、内輪に沿って遠心力により軸受内部に潤滑油が給油されるアンダーレース潤滑方式の転がり軸受とされ、
   該転がり軸受には、軸受に給油される潤滑油の給油量を調節する給油機構が設けられ、
   該給油機構は、前記回転軸の回転数が第１回転数以上の場合には、遠心力によって前記転がり軸受内に潤滑油が給油される量よりも多い過大給油量を供給するように制御されることを特徴とするターボ圧縮機。
7. ハウジングに転がり軸受を介して回転自在に支持され、駆動源により可変速回転される回転軸の少なくとも一端に羽根車が設けられたターボ圧縮機において、
   前記転がり軸受は、内輪に沿って遠心力により軸受内部に潤滑油が給油されるアンダーレース潤滑方式の転がり軸受とされ、
   該転がり軸受には、軸受に給油される潤滑油の給油量を調節する給油機構が設けられ、
   該給油機構は、前記回転軸の回転数が第１回転数以上の場合には、遠心力によって前記転がり軸受内に潤滑油が給油される量よりも多い過大給油量を供給するように制御されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のターボ圧縮機。
8. 前記第１回転数は、前記転がり軸受の外輪温度が閾値を超える回転数とされていることを特徴とする請求項６又は７に記載のターボ圧縮機。
9. 前記転がり軸受の外輪温度を前記閾値以下に保つ給油量が前記回転軸の回転数に応じて決定されたデータに基づいて前記給油機構が制御されることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載のターボ圧縮機。
10. 冷凍サイクルを構成するターボ圧縮機として、請求項１から９のいずれかに記載のターボ圧縮機を備えたことを特徴とするターボ冷凍機。
11. 前記転がり軸受の外輪温度が前記閾値を超えた場合には、当該ターボ冷凍機の出力を減じることを特徴とする請求項１０に記載のターボ冷凍機。

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