(57)【要約】【課題】高い信頼性を有するターボ機械を提供する。【解決手段】  本開示のターボ機械（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）とを備える。流体軸受（３１）は、回転軸（１１）を支持する円筒状の軸受である。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。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。ポンプ（６０）は、供給管（４０）に接続され、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。軸受ハウジング（３２）は、排出孔（５３）を有する。【選択図】図１
2017223187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
（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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ターボ機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１６５５１４号公報
【特許文献２】特開２０１３−２０４７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
上記のターボ機械は、高い信頼性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】図５は、従来の軸受支持構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
＜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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
（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。
【００４６】
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。
【００４７】
＜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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
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。
【符号の説明】
【００５５】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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