JP2002310079A

JP2002310079A - 水潤滑式スクリュー圧縮機

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Publication number: JP2002310079A
Application number: JP2001116299A
Authority: JP
Inventors: Takashi Saito; 隆史齋藤; Hirochika Kametani; 裕敬亀谷; Seiji Tsuru; 誠司鶴
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-04-16
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2002-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】水潤滑式スクリュー圧縮機において、圧縮機本
体を完全にオイルフリー化し、シール構造を簡素化す
る。【解決手段】水潤滑式スクリュー圧縮機は、１対の雄ス
クリューロータ１と雌スクリューロータ２と、これらロ
ータを収容するケーシング３、４、５と、このケーシン
グに保持され１対のロータを支承する軸受６〜９とを有
している。１対のロータにより形成される圧縮作動室に
は、加圧タンクであるレシーバタンク１４から加圧水が
供給される。この加圧水は、軸受にも供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気等のガスを圧
縮するスクリュー圧縮機に係り、特に１対のロータが形
成する圧縮作動室に水を注入する水潤滑式スクリュー圧
縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の水潤滑式スクリュー圧縮機の例
が、特開平１０-１４１２６２号公報に示されている。
この公報に記載の圧縮機では、密封性を高めるとともに
タイミングギアを不要にするために、雄スクリューロー
タの金属製中心軸の外周に熱硬化性合成樹脂からなるロ
ータ歯部を一体に形成し、雌スクリューロータをステン
レス鋼から形成している。雄ロータのロータ歯部をなじ
み性の良い合成樹脂により形成して、雄側のロータ歯部
と雌側のロータ歯部およびシリンダとの密封性を向上さ
せている。さらに、雄スクリューロータにより雌スクリ
ューロータを直接回転駆動してタイミングギアを不要に
している。

【０００３】また、水潤滑軸受の例が特開平１０-２５
９８２２号公報に記載されている。この公報では、金属
製の軸受用シェルにセラミックス製のすべり軸受を圧入
したものの外周に緩衝手段を設けて、軸受に部分摩耗が
発生するのを防止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平１０−１４
１２６２号公報に記載の水潤滑式スクリュー圧縮機で
は、スクリューロータを支える軸受の潤滑に油を使用し
ている。そのため、圧縮作動室内に注入された水が軸受
部に漏洩するのを防止するために、圧縮作動室と軸受部
間に軸封手段が必要となっている。スクリュー圧縮機が
軸封手段を有しているので、スクリュー圧縮機が大型化
するとともに、高価になっている。また、軸受へ潤滑油
を供給するために、オイルタンクや給油装置、給油配管
等の補機が必要となる。

【０００５】一方、特開平１０−２５９８２２号公報に
記載の水潤滑軸受は、軸受の片当たり防止については考
慮されているものの、軸受部に潤滑剤である水が切れる
ことについての考慮が不十分である。

【０００６】本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなさ
れたものであり、その目的はスクリュー圧縮機から潤滑
油を不要とすることにある。本発明の他の目的は、水潤
滑軸受を用いたスクリュー圧縮機の信頼性を向上させる
ことにある。本発明は、これらの目的の少なくともいず
れかを達成することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は１対の雄スクリューロータと雌スクリュー
ロータと、これらロータを収容するケーシングと、この
ケーシングに保持され１対のロータを支承する軸受と、
１対のロータにより形成される圧縮作動室に水を注入す
る水注入手段とを有し、軸受を水潤滑軸受としたもので
ある。

【０００８】そしてこの特徴において、１対のロータの
一方にこのロータを回転駆動する駆動手段を接続し、１
対のロータの他方をこの一方のロータが接触駆動する；
水注入手段は、レシーバタンクと、このレシーバタンク
からケーシングに形成した吸入口および排出口にそれぞ
れ接続した水配管と、水配管中に設けた開閉弁とを有す
る；水注入手段は、ケーシングに形成した吸入口に工業
用水を導く配管と、この配管中に介在させた開閉弁とを
有する；水潤滑軸受は、少なくとも一対のロータの支承
面がＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）の複
合材料からなる；１対のロータの少なくとも一方は、圧
縮作動室を形成する部分の外表面側が高分子複合材料で
形成されていてもよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る水潤滑式スク
リュー圧縮機の一実施例を図面を用いて説明する。図1
は、水潤滑すべり軸受を適用した水潤滑式スクリュー圧
縮機の本体構造を断面図で、ガスと潤滑水の流れを経路
図で示した図である。水潤滑式スクリュー圧縮機はガス
を圧縮する圧縮機であるが、本実施例では最も一般的な
空気を圧縮する空気圧縮機を取り上げる。

【００１０】水潤滑式スクリュー圧縮機３０は、圧縮機
本体２９、加圧タンクとして作用するレシーバタンク１
４、本体エアー吸入配管１５、本体エアー吐出配管１
６、圧縮空気供給配管１７、圧縮機本体への給水配管２
０、本体圧縮室への給水配管２１、軸受部への給水配管
２２、２３、切換弁２４、外部給水源と接続した給水配
管１９、レシーバータンクと接続した給水配管１８、電
動モータ、操作盤、冷却器等で構成されている。

【００１１】圧縮機本体は、１対の噛み合わされた雄ス
クリューロータ１と雌スクリューロータ２を備えてい
る。雄スクリューロータ１の両軸端部は、水潤滑滑り軸
受７、９で支持されている。同様に、雌スクリューロー
タ2の両端部も水潤滑すべり軸受６、８で支持されてい
る。雄スクリューロータ１の外周部には４枚の歯がネジ
状に形成されている。雌スクリューロータ２の外周部に
は６本の溝がネジ状に形成されている。軸受７と雄スク
リューロータの歯部の間にはシール１１が、軸受９と雄
スクリューロータの歯部の間にはシール１３が、軸受６
と雌スクリューロータの溝部との間にはシール１０が、
軸受８と雌スクリューロータの溝部との間にはシール１
２がそれぞれ設けられており、後述する水注入手段から
各軸受６〜９に供給された水が過剰に圧縮作動室側に漏
れ込むのを防止している。シール１０、１１および軸受
６、７は、吸入側ケーシングに保持される。シール１
２、１３および軸受８、９はスクリューケーシング３に
保持されている。２つのケーシング３、４はそのフラン
ジ部をボルトで締結されている。

【００１２】ケーシング３にはボアと呼ばれる一部重複
する円筒状の穴が２本形成されている。この穴に２本の
ロータ１、２を収容することにより、ロータ歯溝間とケ
ーシング３の壁面間に圧縮作動室が形成される。吸入側
ケーシング４の側部には、ケーシングカバー３３がボル
ト締結されている。軸受６、７の側部は軸受押え板３１
で軸方向位置決めされており、軸受押え板３１は、吸入
側ケーシング４にボルト締結されている。ケーシングカ
バー３３を貫通して、雄スクリューロータ１の軸が機外
に延びている。この軸には図示しないカップリングを介
して図示しない電動機が接続される。軸受８、９の側部
も軸受押え板３２で押さえられており、軸受押え板３２
はスクリューケーシング３に取付けられている。

【００１３】吸入側ケーシング４のスクリューケーシン
グ３との接続面側には、各ロータ３、４の回転軸部の外
周の大部分にわたって吸入口３４が形成されている。こ
の吸入口３４には、図示しないフィルターを経た大気が
本体エアー吸入配管１５を介して導かれる。一方、スク
リューケーシング３のシール１２、１３側には、雄スク
リューロータ１と雌スクリューロータ２との接触部付近
に吐出口３５が設けられており、圧縮機本体２９で圧縮
された空気は潤滑水とともにこの吐出口３５から本体エ
アー吐出配管１６を経て、レシーバタンク１４に送られ
る。

【００１４】レシーバタンク１４に導かれた潤滑水を含
む圧縮空気は、レシーバタンク１４内で潤滑水と圧縮空
気が分離され、潤滑水はレシーバタンク１４の下部に溜
められる。この潤滑水は、圧縮機本体２９から吐出され
た圧縮空気により加圧される。加圧された水は、レシー
バタンク１４の下部に一端が接続された給水配管１８と
切換弁２４および給水配管２０を経て、圧縮機本体２９
に導かれる。圧縮機本体２９には、各軸受６〜９および
ロータ１、２の吸込み側近くへ加圧水を導く供給口が形
成されている。そして、給水配管２０を経た加圧水は、
各ロータ１、２の吸込み側軸受６、７へ加圧水を導く供
給配管２２、各ロータ１、２の吐出側軸受８、９に加圧
水を導く給水配管２３、および各１、２ロータの圧縮作
動室に加圧水を導く給水配管２１から、潤滑の用に供さ
れる。

【００１５】給水配管１８の途中にはバルブ２５が、給
水配管２０の途中にはバルブ２７が設けられている。切
換弁２４の一方には、工業用水等の外部給水源２８に一
端が接続された給水配管１９が接続されている。給水配
管１９の途中には、バルブ２６が設けられている。な
お、レシーバタンク１７に導かれた圧縮空気は、レシー
バタンク内で水分を分離されて圧縮空気供給配管１７か
ら需要元へ送られる。

【００１６】軸受６〜９は水潤滑軸受であり、潤滑油を
一切使用しない。スクリュー圧縮機は工場空気源等に多
用されるので、起動停止回数が他の産業用機器に比べて
多い。さらに軸受負荷も大であるから、水潤滑軸受素材
としては従来用いられているホワイトメタル等の金属の
使用が困難である。そこで、本実施例においてはポリエ
ーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）を主原料とする
高分子複合材料を用いている。一方、これも水潤滑され
るロータは耐錆性が要求されるので、ステンレス鋼同士
やステンレス鋼と熱硬化性合成樹脂との組み合わせを用
いる。

【００１７】次に、このように構成した本実施例の動作
を説明する。図示しない電動機により雄スクリューロー
タ１が起動されると、この雄スクリューロータ１の歯と
雌スクリューロータ２の溝が噛み合い、雄ロータ１と雌
ロータ２とが同期回転する。両ロータ１、２が回転する
と、吸入口３４から吸込まれた大気は両ロータ１、２と
ケーシング３の壁面により形成される圧縮作動室に導か
れる。圧縮作動室はロータ１、２の回転とともに体積を
減少させるが、その際、給水配管２１から圧縮作動室に
加圧水が供給され、ロータ１、２を冷却するとともに、
両ロータ１、２間を潤滑し、ロータ同士やロータとケー
シング壁面との接触や焼き付けを防止する。なお、加圧
水はロータ間に形成される隙間やロータとケーシング間
に形成される隙間をシールし、作動空気の漏れを減少さ
せて圧縮機の体積効率を向上させる働きもする。体積が
減少して圧縮された圧縮空気中には水分が多量に含まれ
るので、レシーバタンクで水分を除去する。これによ
り、水分の少ない圧縮空気が需要元に供給可能になる。

【００１８】ところで、圧縮機本体の起動時には、レシ
ーバタンク内の圧力は大気圧に近い。そのため、起動時
にレシーバタンク内から加圧水を軸受および圧縮作動室
に供給するのが困難になる。起動時は回転速度が低いの
で、ロータ歯溝部は無潤滑でも比較的運転を継続するこ
とができる。しかしながら、軸受にはロータ自重等の荷
重が負荷されるので、無潤滑状態が継続すると、たとえ
軸受材料としてＰＥＥＫ材を用いても、焼き付け等の不
具合が生じる恐れがある。

【００１９】そこで、圧縮機本体２９を以下のように運
転する。通常運転時には、圧縮作動室へ空気を吸入する
タイミングあるいは空気を吸入し終えたタイミングで、
加圧水をスクリューロータ１、２の歯面に供給し、両ロ
ータ間を潤滑する。これにより、雄スクリューロータ１
と雌スクリューロータ２との間での接触駆動を可能にす
る。この加圧水は潤滑作用の外に、雄スクリューロータ
１と雌スクリューロータ２との間及び各ロータ１、２と
各ケーシング３、４との隙間をシールする作用もある。
さらに加圧水は空気の圧縮熱を奪うので、冷却作用によ
り空気の圧縮状態を等温圧縮状態に近づける。その結
果、エネルギ効率を向上できる。軸受６〜９を潤滑した
加圧水は、図示しない回収回路を経てレシーバタンク１
４に戻される。

【００２０】圧縮機本体２９を長期にわたり運転停止し
たときは、軸受６〜９やスクリューロータ１、２の歯面
は乾燥している。この状態でスクリューロータ１、２を
回転起動すると、軸受６〜９やスクリューロータ１、２
が破損したり焼付きを生ずる恐れがある。そこで、圧縮
機本体を起動するときには、起動前に外部給水源２８か
ら潤滑水をスクリューロータ１、２の歯面及び軸受６〜
９に供給する。ロータ１、２の歯面や軸受６〜９に潤滑
水を十分に供給して、スクリューロータ１、２を起動す
る。

【００２１】ここで、外部給水源２８から給水するとき
は、切換弁２４を切換えてレシーバタンク１４からの給
水を停止する。通常運転時にはレシーバタンク１４から
給水し、圧縮機の運転開始時やレシーバタンク１４内の
水量が少ないときには、外部給水源２８から給水すれ
ば、加圧水の節約ができる。勿論、常時外部給水源から
給水することも可能である。なお、軸受６〜９およびロ
ータ歯面に供給する加圧水の給水量は、バルブ２５〜２
７の開度を調整することにより、制御される。

【００２２】本実施例によれば、スクリューロータ１、
２を支持する軸受に水潤滑すべり軸受６〜９を用いたの
で、油潤滑用の給油装置が不要になる。また、潤滑油を
使用しないので、潤滑油の漏れを防止する信頼性の高い
シールの代わりに、比較的安価で簡素な構成のシールを
使用できるので、圧縮機本体の小型化と低価格化が可能
になる。

【００２３】本実施例によれば、また、圧縮機運転時に
レシーバタンク内の圧力を利用して潤滑水をスクリュー
ロータの歯面及び軸受に供給し、運転開始時にスクリュ
ーロータ起動前に外部給水源の給水圧力を利用したので
信頼性高く潤滑水をスクリューロータの歯面と軸受に供
給することができる。さらに、スクリューロータの歯面
に潤滑水を供給する給水水路を分岐して軸受への給水路
を形成したので、構造が簡素化される。

【００２４】なお、上記実施例においては雄ロータの歯
数を４枚、雌ロータの歯数を６枚としたが、歯数はこれ
に限るものではなく、３枚と８枚、５枚と６枚のように
種々の組み合わせが可能である。また、ロータ同士を直
接回転駆動するようにしているが、タイミングギアを設
けてタイミングギア部のみを油潤滑するまたは水潤滑す
るようにしても良い。この場合、ロータ歯面の負荷を低
減できる効果がある。また加圧水に工業用水を用いてい
るが、これに限るものではなく、アキュムレータのよう
なタンクに収容された加圧水、水源からポンプで送給さ
れる加圧水であってもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、水潤
滑式スクリュー圧縮機が水潤滑すべり軸受を有している
ので、圧縮機本体を完全にオイルフリー化でき、シール
構造も簡易化できる。また、給水回路を簡素化したの
で、低価格な圧縮機が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水潤滑式スクリュー圧縮機の一実
施例のシステム図である。

【符号の説明】

1…雄スクリューロータ、2…雌スクリューロータ、3、
4、5…ケーシング、6、7、8、9…水潤滑すべり軸受、1
0、11、12、13…シール、14…レシーバタンク、28…外
部給水源、29…圧縮機本体、30…水潤滑式スクリュー圧
縮機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鶴誠司茨城県土浦市神立町603番地株式会社日立製作所産業機械システム事業部内Ｆターム(参考） 3H029 AA03 AA17 AA22 AB02 BB01 BB12 CC05 CC09 CC12 CC16 CC18 CC22 CC26 CC34 CC38 CC44 CC48

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１対の雄スクリューロータと雌スクリュー
ロータと、これらロータを収容するケーシングと、この
ケーシングに保持され前記１対のロータを支承する軸受
と、前記１対のロータにより形成される圧縮作動室に水
を注入する水注入手段とを有し、前記軸受は水潤滑軸受
であることを特徴とする水潤滑式スクリュー圧縮機。
【請求項２】前記１対のロータの一方にこのロータを回
転駆動する駆動手段を接続し、一対のロータの他方をこ
の一方のロータが接触駆動することを特徴とする請求項
１に記載の水潤滑式スクリュー圧縮機。
【請求項３】前記水注入手段は、レシーバタンクと、こ
のレシーバタンクから前記ケーシングに形成した吸入口
および排出口にそれぞれ接続した水配管と、水配管中に
設けた開閉弁とを有することを特徴とする請求項１また
は２に記載の水潤滑式スクリュー圧縮機。
【請求項４】前記水注入手段は、前記ケーシングに形成
した吸入口に工業用水を導く配管と、この配管中に介在
させた開閉弁とを有することを特徴とする請求項１また
は２に記載の水潤滑式スクリュー圧縮機。
【請求項５】前記水潤滑軸受は、少なくとも１対のロー
タの支承面がＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケト
ン）の複合材料からなることを特徴とする請求項１ない
し４のいずれか１項に記載の水潤滑式スクリュー圧縮
機。
【請求項６】前記１対のロータの少なくとも一方は、圧
縮作動室を形成する部分の外表面側が高分子複合材料で
形成されていることを請求項１ないし５のいずれか１項
に記載の水潤滑式スクリュー圧縮機。