涡轮压缩机和制冷机的制作方法

专利名称：涡轮压缩机和制冷机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种涡轮压缩机，特别涉及一种两个叶轮以彼此的背 面侧相对置的朝向固定在同一旋转轴上的二级式涡轮压缩机。
本申请基于2008年2月6日申请的日本专利申请号2008-27068 号主张优先权，并在此援引其内容。
背景技术：
作为将水等冷却对象物冷却或冷冻的制冷机，已知具备借助具有 叶轮等的压缩级压缩并排出冷媒的涡轮压缩机的涡轮制冷机。
在压缩机中，如果压缩比增大，则压缩机的排出温度升高，容积 效率降低。于是，在如上所述的涡轮制冷机等所具备的涡轮压缩机中， 有时分级进行冷媒的压缩。
例如在日本特开平5-223090号公报中公开了这样的二级式涡轮压 缩机在驱动马达轴的两端具有压缩叶片(叶轮)并将被笫一级叶轮 压缩后的流体送至第二级叶轮。
在该涡轮压缩机中，被第一级叶轮压缩后的流体经由设置在外部 的配管(外部配管)被引导至笫二级叶轮的吸入口。
另外，在日本特开2007-177695号公报中公开了两个叶轮以背面
侧相对置的方式相邻配设的涡轮压缩机。
在该涡轮压缩机中，在包围第一级叶轮的笫1壳体内和包围第二 级叶轮的第2壳体内形成有将被第一级叶轮压缩后的流体导入第二级 叶轮的配管(内部配管)。
上述的现有涡轮压缩机存在以下问题。
即，在日本特开平5-223090号公报记栽的涡轮压缩机中，由于在 第一级叶轮和笫二级叶轮之间配置驱动马达，所以两叶轮之间的距离 必然增长。因此存在以下问题当由外部配管连接这些叶轮之间时， 配管结构增长且变得复杂，而且配管的弯曲部位增多，所以流体的流 动素乱，容易发生剥离，导致压力损失增大。
另外，在日本特开2007-177695号乂i^报记载的涡轮压缩机中，虽然在两叶轮之间没有驱动马达，能够缩短该叶轮之间的距离，但是存
在以下问题由于是在壳体内部具有配管的结构，所以配管的曲率减 小，容易发生剥离，导致压力损失增加，进而由于不能充分确保设置 在叶轮周围的扩压器所配设的空间，所以不能高效地获得压力能，不 能实现压缩机的性能提高。

发明内容
本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种涡轮压 缩机和具备该涡轮压缩机的制冷机，在二级式涡轮压缩机中具备能够 实现压力损失的减少和压缩机的性能提高的最佳化的配管结构，
为了解决上述课题，本发明的涡轮压缩机具有第1压缩级，具 有第1叶轮和包围该第1叶轮的第1壳体，对流体进行抽吸并压缩； 第2压缩级，具有经由旋转轴与上述第1压缩级连结的第2叶轮和包 围该第2叶轮的第2壳体，与上述笫1压缩级以背面侧相互对置的方 式相邻配设，对来自上述第1压缩级的压缩流体进一步压缩；上述第1 压缩级中的压缩流体的排出口 ；与上述排出口形成在同一平面上的上 述第2压缩级中的上述压缩流体的吸入口；和连接上述排出口与上述 吸入口的U字配管。
根据这样的特征的涡轮压缩机，由于背对背相邻的两叶轮之间的 距离较短，另外第l压缩级的排出口和第2压缩级的吸入口在同一平 面上开口，所以能够利用路径长度最短并且配管结构简单的U字配管 将这些排出口和吸入口在外部连接。
因此，能够以仅一次的弯曲数并且大的曲率以最短距离设置流路， 所以能够将压力损失抑制到最低限度，并且由于是外部配管方式，所 以在壳体内能够充分确保配设扩压器的空间。
另外，在本发明的涡轮压缩机中，上述U字配管的弯曲部分可以 呈以上述排出口和上述吸入口之间作为直径的半圆弧状。
这样，通过U字配管的流体在以一定的曲率緩慢地改变朝向的同 时从排出口被引导至吸入口，因此能够抑制流体发生剥离，能够抑制 产生压力损失.
进而，在本发明的涡轮压缩机中，可以在上述U字配管上连接用 于对上述第2压缩级追加注入气体的气体注入管'由此，能够使所注入的气体与在u字配管内流动的主流均匀地混
合并引导至第2压缩机的叶轮，
进而，在本发明的涡轮压缩机中，上述气体注入管可以沿着上述U 字配管的弯曲部分的切线连接。
由此，所注入的气体不会扰乱主流的流动而是沿着主流汇合，因 此能够不产生压力损失地注入气体。
本发明的制冷机具备将压缩后的冷媒冷却液化的冷凝器、使液化
冷却的蒸发器、和将由上述蒸发器蒸发了的上述冷媒压缩并供给至上 述冷凝器的压缩机，其中，作为上述压缩机具备上述任一种涡轮压缩 机。
根据这样的特征的制冷机，起到与上述的涡轮压缩机同样的作用 和效果。
根据 本发明的涡轮压缩机和制冷机，通过以简单的结构的U字配 管连接第l压缩级的排出口和笫2压缩级的吸入口，能够以最短距离、 一次的弯曲数和大的曲率引导流体，因此能够减少压力损失.
另外，通过为外部配管方式，能够充分确保配设扩压器的空间， 所以能够实现压缩机的性能提高.


图1是表示本实施方式的涡轮制冷机的概略构成的方框图。 图2是本实施方式的涡轮压缩机的垂直剖视图。 图3是图2中的A方向向视图。 图4是图2中的B方向向视图。
具体实施例方式
以下参照

本发明的涡轮压缩机和制冷机的一个实施方 式。此外在以下的附图中，为了使各部件为能识别的大小，适当地变 更了各部件的比例尺。
图1是表示本实施方式的涡轮制冷机S (制冷机)的概略构成的 方框图。
本实施方式的涡轮制冷机S设置在大厦或工厂中，例如用来生成空调用的冷却水，如图1所示，涡轮制冷机S1具备冷凝器1、节能器 2、蒸发器3和涡轮压缩机4。
以气体状态被压缩的作为冷媒(流体)的压缩冷媒气体X1供给到 冷凝器l，通过将该压缩冷媒气体X1冷却液化而成为冷媒液X2。如图 1所示，该冷凝器1经由压缩冷媒气体XI流经的流路R1与涡轮压缩机 4连接，并经由冷媒液X2流经的流路R2与节能器2连接，此外，在流 路R2上设置有用于对冷媒液X2进行减压的膨胀阀5。
节能器2临时贮留由膨胀阀5减压后的冷媒液X2。该节能器2经 由冷媒液X2流经的流路R3与蒸发器3连接，并经由利用节能器2产 生的冷媒的气相成分X3流经的流路R4与涡轮压缩机4连接。此外， 流路R3设置有用于对冷媒液X2进一步进行减压的膨胀阀6。此外，流 路R4与涡轮压缩机4连接，以将气相成分X3供给涡轮压缩机4所具 备的后述的第2压缩级22.
蒸发器3通过使冷媒液X2蒸发并从水等冷却对象物夺去气化热来 对冷却对象物进行冷却。该蒸发器3经由冷媒液X2蒸发而产生的冷媒 气体X4所流经的流路R5与涡轮压缩机4连接。此外，流路R5与涡轮 压缩机4所具备的后述的第1压缩级21连接.
涡轮压缩机4将冷媒气体X4压缩成上述压缩冷媒气体XI。该涡轮 压缩机4如上所述经由压缩冷媒气体XI流经的流路Rl与冷凝器1连 接，并经由冷媒气体X4流经的流路R5与蒸发器3连接。
在这样构成的涡轮制冷机S中，经由流路R1供给到冷凝器1的压 缩冷媒气体XI被冷凝器1液化冷却而成为冷媒液X2。
冷媒液X2在经由流路R2供给节能器2时被膨胀阀5减压，在减 压的状态下临时贮留在节能器2中，然后在经由流路R3供给蒸发器3 时被膨胀阀6进一步减压，并以被进一步减压的状态供给蒸发器3。
另外，供给到蒸发器3的冷媒液X2被蒸发器3蒸发而成为冷媒气 体X4，并经由流路R5供给涡轮压缩机4。
供给到涡轮压缩机4的冷媒气体X4被涡轮压缩机4压缩而成为压 缩冷媒气体X1，并再次经由流路R1供给至冷凝器1。
此外，在冷媒液X2贮留在节能器2中时产生的冷媒的气相成分X3 经由流路R4供给至涡轮压缩机4，与冷媒气体X4 —起被压缩，并作为 压缩冷媒气体XI经由流路Rl供给至冷凝器1。
6另外，在这样的涡轮制冷机S中，在利用蒸发器3使冷媒液X2蒸 发时，通过从冷却对象物夺去气化热，来进行冷却对象物的冷却或冷 冻。
接下来更详细地说明本实施方式的特征部分即上述涡轮压缩机4。 图2是涡轮压缩机4的垂直剖视图，图3是图2中的A方向向视图， 图4是图2中的B方向向视图。
如图2所示，本实施方式的涡轮压缩机4具备马达单元10、压缩 机单元20和齿轮单元30。
马达单元IO具备具有输出轴11并且用于驱动压缩机单元20的成 为驱动源的马达12、和包围该马达12并且支承上述马达12的马达壳 体13。
此外，马达12的输出轴11被固定在马达壳体13上的第1轴承14 和第2轴承15支承成能旋转。
此外，在马达壳体13中具备回收并且贮留供给到涡轮压缩机4的 滑动部位的润滑油的油箱(省略图示)。
压缩单元20具备吸入并压缩冷媒气体X4 (参照图1 )的第1压缩 级21、和对被第1压缩级21压缩后的冷媒气体X4进行进一步压缩并 将其作为压缩冷媒气体X1 (参照图1)排出的第2压缩级22。
第l压缩级n具备笫l叶轮21a(叶轮)，对从轴向供给的冷 媒气体X4作用动能并将其沿径向排出；第1扩压器21b，将第1叶轮 21a作用于冷媒气体X4的动能转换为压力能从而将其压缩；第1涡旋室 21c，将被第l扩压器21b压缩的冷媒气体X4导出到第l压缩级21的 外部；和第1吸入口 21d，将冷媒气体X4吸入并供给到第1叶轮na。
此外，第1扩压器21b、第1涡旋室21c和笫1吸入口 21d的一部 分通过包围第1叶轮21a的第1壳体21e形成。
第1叶轮21a固定在旋转轴23上，旋转动力从马达12的输出轴 11传递至旋转轴23从而使其旋转，由此驱动第1叶轮21a绕轴线O 旋转，在第1叶轮21a的周围环状地配置有第1扩压器Hb,
第1涡旋室21c形成为环状地包围笫l叶轮Ha和笫l扩压器nb， 在绕这些第1叶轮21a和第1扩压器21b的周围一周后延伸到第1壳 体21e的外部并开口 ，形成图2至图4所示的第1排出口 21i。此外， 在该第l排出口 21i的开口周缘部设置有第l排出凸缘21j。
7另外，在第1压缩级21的第l吸入口 21d上设置有多个用于调节 第l压缩级21的吸入容量的入口导向叶片21g。
各入口导向叶片21g能够借助固定在第1壳体21e上的驱动机构 21h旋转，从而能够改变从冷媒气体X4的流动方向观察的外观上的面积。
第2压缩级22具备第2叶轮22a，对被第1压缩级21压缩并从 轴向供给的冷媒气体X4作用动能并将其沿径向排出；第2扩压器22b， 将第2叶轮22a (叶轮)作用于冷媒气体X4的动能转换为压力能从而 将其压缩，并作为压缩冷媒气体XI排出；第2涡旋室22c,将从第2 扩压器22b排出的压缩冷媒气体XI导出到第2压缩级22的外部；和 导入涡旋室22d，将被第1压缩级21压缩的冷媒气体X4引导至第2叶 轮22a。
此外，笫2扩压器22b、笫2涡旋室和导入涡旋室的一部 分通过包围第2叶轮22a的第2壳体22e形成。
第2叶轮22a以与第1叶轮21a背对背的方式固定在上述旋转轴 23上，旋转动力从马达12的输出轴11传递至旋转轴23从而使其绕轴 线O旋转，由此驱动第2叶轮22a旋转，在第2叶轮22a的周围环状地 配置有第2扩压器22b。
笫2涡旋室22c形成为环状地包围笫2叶轮"a和笫2扩压器"b， 在绕这些第2叶轮22a和笫2扩压器22b的周围一周后延伸到第2壳 体22e的外部并开口，形成图2至图4所示的笫2排出口 "i。此外， 在该第2排出口 22i的开口周缘部设置有第2排出凸缘22j。
此外，该笫2排出口 22i与用于将压缩冷媒气体Xl供给冷凝器l 的流路R1连接，在图2和图4中省略了该流路Rl。
另外，第2压缩级22的导入涡旋室2M形成为在比上述第2涡旋 室22c靠近齿轮单元30侧的位置环状地包围旋转轴23，其一部分延伸 到第2壳体22e的外部并开口，形成图2至图4所示的第2吸入口 "k。 此外，在该第2吸入口 22k的开口周缘部设置有第2吸入凸缘221。
此外，在本实施方式中，第1排出口 21i的笫1排出凸缘21 j与 第2吸入口 22k的第2吸入凸缘221如图3所示地形成为位于同一平 面P上。
在本实施方式中采用以下外部配管方式笫l压缩级21的第l排
8出口 21i和第2压缩级22的第2吸入口 22k经由与第1压缩级21和 第2压缩级22分体设置的U字配管40连接，被第1压缩级21压缩后 的冷媒气体X4经由该U字配管40供给到第2压缩级22。U字配管40在其两端开口部具备凸缘41、 41，通过分别与第l排 出口 21i的第1排出凸缘21 j和第2吸入口 22k的笫2吸入凸缘221 气密液密地接合，而安装在压缩机单元20上。另外，U字配管40的弯曲部分43形成为以第1排出口 21i和第2 吸入口 22k之间作为直径的半圆弧状，在其顶点附近以连通状态沿着 该弯曲部分43的切线地连接有气体注入管42.该气体注入管42与上 述的流路R4连接，由节能器2产生的冷媒的气相成分X3经由气体注 入管42和U字配管40供给至第2压缩级22.另外，旋转轴23被第3轴承24和第4轴承25支承成能旋转，所 述第3轴承24在第1压缩级21和第2压缩级"之间的空间50中固 定在笫2压缩级22的第2壳体22e上，所述第4轴承25在马达单元 IO侧固定在第2壳体22e上'齿轮单元30用于将马达12的输出轴11的旋转动力传递至旋转轴 23，并收纳在通过马达单元10的马达壳体13和压缩机单元20的第2 壳体22e形成的空间60中.该齿轮单元30通过固定在马达12的输出轴11上的大径齿轮31、 和固定在旋转轴23上并且与大径齿轮31啮合的小径齿轮32构成，齿 轮单元30将马达12的输出轴11的旋转动力传递至旋转轴23，以便相 对于输出轴11的转速增加旋转轴23的转速。另外，涡轮压缩机4具备润滑油供给装置70，该润滑油供给装置 70将贮留在油箱(省略图示)中的润滑油供给到轴承(第1轴承I" 第2轴承15、第3轴承24、第4轴承")、叶轮(第1叶轮Ha、第2 叶轮22a )和壳体(第1壳体21e、第2壳体)之间、以及齿轮单 元30等的滑动部位。此外，在附图中润滑油供给装置70仅图示了一 部分。此外，配置第3轴承24的空间50和收纳齿轮单元30的空间60 通过形成在第2壳体22e上的贯通孔80连接，进而连接空间60和油 箱。因此，供给到空间50、 60并从滑动部位流下的润滑油回收在油箱 中。接下来说明这样构成的本实施方式的涡轮压缩机4的动作。 首先，利用润滑油供给装置70从油箱对涡轮压缩机4的滑动部位供给润滑油，然后驱动马达12。接着，马达12的输出轴11的旋转动力经由齿轮单元30传递至旋转轴23，从而驱动压缩机单元20的第1叶轮21a和第2叶轮22a旋转。当驱动第1叶轮21a旋转时，第1压缩级21的第1吸入口 21d成为负压状态，来自流路R5的冷媒气体X4经由吸入口 21d流入第1压缩级21。流入到第l压缩级21内部的冷媒气体X4从轴向流入第l叶轮21a， 被第1叶轮21a作用动能并沿径向排出。从第1叶轮21a排出的冷媒气体X4通过第1扩压器21b将动能转 换为压力能而被压缩。从第1扩压器21b排出的冷媒气体X4经由第1涡旋室21c导出到 位于第1压缩级21的外部的第1排出口 21i。然后，导入到该第l排出口 21i的冷媒气体X4在通过U字配管40 内的过程中，借助气体注入管42被注入由节能器2产生的冷媒的气相 成分X3，之后导入到第2压缩级22的第2吸入口 22k。然后，从第2吸入口 22k供给到第2压缩级22的冷媒气体X4经 由导入涡旋室22d从轴向流入第2叶轮22a，被第2叶轮2h作用动能 并沿径向排出。从第2叶轮22a排出的冷媒气体X4通过第2扩压器2化将动能转 换为压力能而进一步被压缩成压缩冷媒气体XI。从第2扩压器22b排出的压缩冷媒气体Xl经由第2涡旋室2k导 出到位于第2压缩级22的外部的笫2排出口 22i，并经由流路R1供给 至冷凝器1。在以上的本实施方式的涡轮压缩机4中，由于第l叶轮21a和第2 叶轮22a背对背地固定，在它们之间没有夹设驱动马达等其他机构， 所以能够缩短两叶轮21a、 22a之间的距离，另外，第1压缩级21的 第l排出口 21i和第2压缩级22的第2吸入口 22k在同一平面上开口， 因此，利用路径长度最短并且配管结构简单的U字配管，能够将这些 第1排出口 21i和第2吸入口 22k在压缩单元20的外部连接。这样，通过使用U字配管40，能够以仅一次的弯曲数并且大的曲率连接第1排出口 21i和第2吸入口 22k，所以能够将通过U字配管 40内部的流体的剥离抑制到最低限度，进而，由于这些第1排出口 21i 和第2吸入口 22k以最短距离连接，所以压力损失大幅减少。另外，通过采用在压缩单元20的外部由U字配管40连接的外部 配管方式，能够在压缩单元20内的第1壳体21e和第2壳体22e内， 充分地确保配设第1扩压器21b和第2扩压器22b的空间，因此能够 利用该第1、第2扩压器21b、 22b高效地获得压力能，从而能够实现 压缩机的性能提高。进而，在本实施方式的涡轮压缩机4中，由于U字配管40的弯曲 部分43呈以第l排出口 21i和第2吸入口 22k之间作为直径的半圆弧 状，所以通过内部的流体在以一定的曲率緩慢地改变朝向的同时从第1 排出口 21i被引导至第2吸入口 22k，因此能够更有效地抑制剥离的发 生，能够进一步减少压力损失。另外，由于用于对笫2压缩级追加注入气体的气体注入管42沿着 U字配管40的弯曲部分43的切线连接，所以所注入的气体不会扰乱主 流的流动而是沿着该主流汇合，因此能够不产生压力损失地注入气体。 以上参照

了本发明的涡轮压缩机和制冷机的优选实施方 式，但是本发明当然不限于上述实施方式。上述的实施方式中表示的 各构成部件的各形状和组合等是一个示例，能够根据设计要求等在不 脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。例如，在上述实施方式中关于具备两个压缩级(第i压缩级n和 第2压缩级22)的构成进行了说明，但是本发明不限于此，也可以采 用具备三个以上压缩级的构成。此外，在上迷实施方式中说明了涡轮制冷机设置在大厦或工厂中 以生成空调用的冷却水的情况。但是，本发明不限于此，也可以应用于家庭用或商用的冷藏机或 冷冻机、或者家庭用的空调装置。此外，在上述第1实施方式中说明了第1压缩级21所具备的第1 叶轮21a和第2压缩级22所具备的第2叶轮22a背对背的构成。但是，本发明不限于此，也可以构成为第1压缩级n所具备的第 l叶轮21a的背面和第2压缩级22所具备的第2叶轮2h的背面朝向 同一方向。此外，在上述第1实施方式中说明了分别设置有马达单元10、压 缩单元20和齿轮单元30的涡轮压缩机。但是，本发明不限于此，例如也可以采用马达配置在笫1压缩级和第2压缩级之间的构成。
权利要求
1. 一种涡轮压缩机，具有第1压缩级，具有第1叶轮和包围该第1叶轮的第1壳体，对流体进行抽吸并压缩；第2压缩级，具有经由旋转轴与上述第1压缩级连结的第2叶轮和包围该第2叶轮的第2壳体，与上述第1压缩级以背面侧相互对置的方式相邻配设，对来自上述第1压缩级的压缩流体进一步压缩；上述第1压缩级中的压缩流体的排出口；与上述排出口形成在同一平面上的上述第2压缩级中的上述压缩流体的吸入口；和连接上述排出口与上述吸入口的U字配管。
2. 根据权利要求1所述的涡轮压缩机，其特征在于，上述U字 配管的弯曲部分呈以上述排出口和上述吸入口之间作为直径的半圆弧 状。
3. 根据权利要求1所述的涡轮压缩机，其特征在于，在上述U 字配管上连接有用于对上述第2压缩级追加注入气体的气体注入管。
4. 根据权利要求3所述的涡轮压缩机，其特征在于，上述气体 注入管沿着上迷U字配管的弯曲部分的切线连接。
5. —种制冷机，具备将压缩后的冷媒冷却液化的冷凝器、使液物冷却的蒸发器、和将由上述蒸发器蒸发了的上述冷媒压缩并供给至 上述冷凝器的压缩机，其中，作为上述压缩机，具备权利要求1所述的涡轮压缩机。
全文摘要
本发明提供一种涡轮压缩机和具备该涡轮压缩机的制冷机。涡轮压缩机具有对流体进行抽吸并压缩的第1压缩级、和经由旋转轴与该第1压缩级连结并对来自第1压缩级的压缩流体进一步压缩的第2压缩级，第1压缩级与第2压缩级以背面侧相互对置的方式相邻配设，其中第1压缩级的第1排出口和第2压缩级的第2吸入口形成在同一平面上，并设置有连接这些第1排出口和第2吸入口的U字配管。
文档编号F04D29/42GK101504003SQ200910003830
公开日2009年8月12日 申请日期2009年2月6日 优先权日2008年2月6日
发明者塚本稔, 小田兼太郎 申请人:株式会社Ihi