JP2017031821A

JP2017031821A - 油冷式スクリュ圧縮機

Info

Publication number: JP2017031821A
Application number: JP2015149772A
Authority: JP
Inventors: 貴徳今城; Takanori Imashiro; 洋武山崎; Hiromu Yamazaki; 吉村　省二; Seiji Yoshimura; 省二吉村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-07-29
Also published as: JP6521781B2

Abstract

【課題】油冷式スクリュ圧縮機において、吐出側軸受における油の撹拌ロスを低減することにより性能を向上させる。
【解決手段】油冷式スクリュ圧縮機２は、圧縮室と軸受室が内部に設けられたケーシング４を備え、圧縮室には互いに噛合する一対のスクリュロータ８，９が配置され、軸受室に配置されたスクリュロータ８，９の吐出側端部を回転自在に支持する吐出側軸受１６が配置されている。圧縮室と軸受室との間にはこれらを隔離する軸封装置１４が設けられており、吐出側軸受１６と軸封装置１４との間に設けられた軸受上流空間２４から油を排油する排油経路４４が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、油冷式スクリュ圧縮機に関する。

油冷式空気スクリュ圧縮機では油の撹拌ロスが重要な問題であり、スクリュロータの軸受における撹拌ロスがその主要因である。圧縮機の軸受は油により冷却及び潤滑され、常に油が通過する構造となっている。よって、軸受メーカーが想定している油浴状態とは異なり、軸受による油の流れへの抵抗により軸受上流側の油面が上昇し、油と軸受の接触面積が増大し、油の撹拌ロスが増加する。

特許文献１には、油冷式スクリュ圧縮機の軸受部分の排油構造が開示されている。この油冷式スクリュ圧縮機では、軸受の外輪抑えスリーブに環状空間を設けることで、油が軸受下流の空間に溜まることによる撹拌ロスを防止している。

特開平１０−２８８１７５号公報

特許文献１の油冷式スクリュ圧縮機は、軸受下流側の油量の溜まりは考慮しているが、軸受上流側の油面位置や軸受を通過する油量について考慮されていない。

本発明は、軸受における油の撹拌ロスの低減による、油冷式スクリュ圧縮機の性能の向上を課題とする。

本発明は、圧縮室と軸受室が内部に設けられたケーシングと、前記圧縮室に配置された互いに噛合する一対のスクリュロータと、前記軸受室に配置された前記スクリュロータの吐出側端部を回転自在に支持する吐出側軸受と、前記圧縮室と前記軸受室とを隔離する吐出側軸封と、前記吐出側軸受と前記吐出側軸封との間に設けられた前記軸受室から排油する排油経路とを備える、油冷式スクリュ圧縮機を提供する。

吐出側軸受と吐出側軸封との間に排油経路を設けたことで、吐出側軸受の上流側に溜まる余分な油を排油できる。従って、吐出側軸受の上流側に必要以上に油が溜まることを防止でき、吐出側軸受における油の撹拌ロスを低減できる。

前記排油経路の排油先は、前記スクリュロータの吐出端面の低圧部側であってもよい。

この構成によれば、吐出端面部での空気漏れが減少し、スクリュ圧縮機の性能を向上できる。特に、吐出端面の低圧部側は、スクリュロータへの給油位置から離れている場合が多く、十分に油が供給されていない場合がある。従って、油が潤沢に存在しない吐出端面の低圧部側に排油を供給することで油によるシールを確実にできる。

前記排油経路の排油先は、前記スクリュロータの閉じ込み後の歯溝部であってもよい。

吐出側軸受を潤滑及び冷却していない低温の油が閉じ込み後に戻ることで、油による空気の加熱が低減され、それによる動力の増加を防止できる。なお、仮に閉じ込み前に油を戻すと油が吸込空間に飛散し空気を加熱し空気が膨張し風量が低下するので、閉じ込み後の空間に戻すことでこれを防止している。

前記油冷式スクリュ圧縮機は前記スクリュロータに油を給油するロータ給油口を備え、前記排油経路の排油先は前記ロータ給油口よりも前記スクリュロータの吸込端面側であってもよい。

ロータ給油口よりも吸込端面側の圧縮室は軸受室より低い圧力のため、ロータ給油口よりもスクリュロータの吸込端面側に排油先を設けることで、排油経路において高圧から低圧への流れが形成され、排油不良を防止できる。換言すると、排油先がロータ給油位置より吐出端面側の場合、排油先の圧力が軸受室の圧力に対して相対的に高くなり排油が困難になる。従って、本構成によってこのように排油が困難となることを防止している。

前記吐出側軸受は内輪及び外輪を備え、前記排油経路には前記吐出側軸受の前記内輪の下端と前記外輪の下端の間の高さに先端が位置するように堰が設けられ、前記堰の下流には油溜部が設けられ、前記油溜部の底には排油穴が設けられていることが好ましい。

前記内輪と前記外輪の間の高さに設定された堰を設けることで、吐出側軸受の内輪と外輪の間に配置された転動体付近に油面位置を常に維持でき、油を過剰に排出することによる吐出側軸受の焼き付きを防止できる。また、油溜部を設けることで圧縮空気よりも油を優先的に排出できるため、空気の再圧縮による動力の増加を防止でき、性能を向上できる。

本発明によれば、軸受における油の撹拌ロスを低減することにより油冷式スクリュ圧縮機の性能を向上できる。

本発明の第１実施形態に係る油冷式スクリュ圧縮機の平面部分断面図。図１のII−II線に沿った部分断面図。図１のIII−III線に沿った部分断面図。図１のIV−IVに沿った部分断面図。図４のV−V線に沿った部分断面図。本発明の第２実施形態に係る油冷式スクリュ圧縮機の平面部分断面図。図６のVII−VIIに沿った部分断面図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１から図４は、本発明の第１実施形態に係る油冷式スクリュ圧縮機２を示す図であり、それぞれ平面、側面、及び２つの正面の部分断面図を示している。

図１から図３に示すように、本実施形態のスクリュ圧縮機２は、鋳物からなるケーシング４が形成する圧縮室６の中に、雌雄一対の互いに噛合する雄ロータ８（スクリュロータ）および雌ロータ９（スクリュロータ）を回転可能に収容している。雄ロータ８は、空気を圧縮する雄ロータ本体８ａと、雄ロータ本体８ａを支持する吸込側の軸８ｂ及び吐出側の軸８ｃとを備える。同様に、雌ロータ９は、雄ロータ本体８ａと噛合して空気を圧縮する雌ロータ本体９ａと、雌ロータ本体９ａを支持する吸込側の軸９ｂ及び吐出側の軸９ｃとを備える。

図１及び図２に示すように、ケーシング４内には、圧縮室６と共に軸受室１０が形成されている。吐出側の軸８ｃ，９ｃとケーシング４との間には、軸封装置（吐出側軸封）１４が配設されており、圧縮室６と軸受室１０との間を隔離している。

軸受室１０には、吐出側の軸８ｃ，９ｃを回転自在に支持する吐出側軸受１６が収容されている。図４に示すように、吐出側軸受１６は、リング状の内輪１８と外輪２０とその間に配置された球状の転動体２２とを備える。図１及び図２に示すように、吐出側軸受１６によって軸受室１０内が、軸受上流空間２４と軸受下流空間２６とに仕切られている。

図１に示すように、本実施形態のスクリュ圧縮機２は、雄ロータ８の吸込側の軸８ｂがケーシング４の外側に延伸し、不図示のモータ等に接続されている。従って、雄ロータ８の吸込側の軸８ｂがケーシング４を貫通する部分にも軸封装置（図示せず）が設けられている。一方、吐出側の軸８ｃ，９ｃの端部はケーシング４内に収容されている。吐出側の軸８ｃ，９ｃの端部には、スラスト荷重を受け止めるための軸受内輪抑え２８及び軸受外輪抑え３０が設けられている。軸受内輪抑え２８は吐出側軸受１６の内輪１８と当接し、軸受外輪抑え３０は吐出側軸受１６の外輪２０と当接し、内輪１８及び外輪２０の軸方向の移動をそれぞれ制限している。

本発明と直接関係がないため図示及び説明を省略するが、吐出側だけでなく吸込側にも同様に吸込側の軸８ｂ，９ｂを支持する軸受等の機構が設けられている。

図２に示すように、ケーシング４の下方には、スクリュロータ８，９に油を供給するためのロータ給油口３２が設けられている。ロータ給油口３２は、ケーシング４を貫通して設けられており、雄ロータ本体８ａ及び雌ロータ本体９ａによって空気を閉じ込めて圧縮した後の圧縮室６内の下側（高圧側）部分と連通している。ロータ給油口３２を通じて供給される油により、圧縮途中の空気を冷却すると共に隙間をシールし、圧縮性能を向上させている。

また、ケーシング４には、軸封給油口３４が設けられている。軸封給油口３４は、ロータ給油口３２と同様にケーシング４を貫通して設けられている。軸封給油口３４は、吐出側軸受１６に油を供給するため軸受上流空間２４と連通している。軸封給油口３４を通じて吐出側軸受１６に油が供給されることで吐出側軸受１６を冷却すると共に潤滑し、摩擦によるエネルギー損失を防止している。

図１及び図２に破線で示すように、本実施形態のスクリュ圧縮機２は、軸受上流空間２４に溜まった油を排油するため、一端が軸受上流空間２４に連通した排油経路４４を備える。排油経路４４の他端は圧縮室６の雄ロータ本体８ａと雌ロータ本体９ａの吐出端面８ｄ，９ｄの低圧部側に連通しており、軸受上流空間２４から排油された油は雄ロータ本体８ａと雌ロータ本体９ａに供給される。吐出端面８ｄ，９ｄとは、雄ロータ本体８ａと雌ロータ本体９ａの吐出側に設けられた端面である。吐出端面８ｄ，９ｄにおいて、雄ロータ本体８ａ及び雌ロータ本体９ａは、吐出側の軸８ｃ，９ｃとそれぞれ接続されている。また、低圧部側とは、スクリュロータ８，９において空気を閉じ込み圧縮する前の低圧状態である側を示し、図２において一点鎖線で示すスクリュロータ８，９の軸線Ｌよりも上側に概略一致する。

吐出側軸受１６と軸封装置１４との間の軸受上流空間２４に対して排油経路４４を設けたことで、吐出側軸受１６の上流側の軸受上流空間２４に溜まる余分な油を排油できる。従って、吐出側軸受１６の上流側に必要以上に油が溜まることを防止でき、吐出側軸受１６における油の撹拌ロスを低減できる。

また、吐出端面８ｄ，９ｄの低圧部側に排油することで吐出端面８ｄ，９ｄ付近での空気漏れが減少し、スクリュ圧縮機２の性能を向上できる。特に、吐出端面８ｄ，９ｄの低圧部側は、ロータ給油口３２から離れている場合が多く、十分に油が供給されていない。従って、油が潤沢に存在しない吐出端面８ｄ，９ｄの低圧部側に排油を供給することで油によるシールを確実にできる。

図４に示すように、排油経路４４には、油の流動を妨げる堰３６が設けられている。図５を合わせて参照すると、堰３６は排油経路４４の底部から上向きかつ排油経路４４の両側にわたって延びている。また、図４に示すように、堰３６の先端３６ａは吐出側軸受１６の内輪１８の下端１８ａと外輪２０の下端２０ａの間の高さに位置するように設けられている。また、堰３６の下流には油を一時的に貯留する油溜部３８が設けられている。油溜部３８の底には排油穴４０が設けられている。

内輪１８と外輪２０の間の高さに設定された堰３６を設けることで、吐出側軸受１６の内輪１８と外輪２０の間に配置された転動体２２付近に油面位置を常に維持でき、油を過剰に排出することによる吐出側軸受１６の焼き付きを防止できる。また、油溜部３８を設けることで圧縮空気よりも油を優先的に排出できるため、空気の再圧縮による動力の増加を防止でき、性能を向上できる。

さらに、図１及び図２に破線で示すように、本実施形態のスクリュ圧縮機２は、軸受上流空間２４に溜まった油を排油するため、一端が軸受下流空間２６に連通した排油経路４６を備える。排油経路４６の他端は圧縮室６の雄ロータ本体８ａと雌ロータ本体９ａの閉じ込み後の歯溝部８ｅ，９ｅに連通しており、軸受下流空間２６から排油された油は雄ロータ本体８ａと雌ロータ本体９ａの歯溝部８ｅ，９ｅに供給される。閉じ込み後とは、図２において二点鎖線で示す閉じ込み線よりも吐出側のスクリュロータ８，９により空気が圧縮される範囲のことを示す。ここで、閉じ込み線とは、スクリュロータ８，９の最外径のシールエッジとケーシング４の内面とで、圧縮空間と吸込空間４８とが切り離され、空気の圧縮が開始されるシールエッジの位置を示している。この閉じ込み線において雄ロータ本体８ａおよび雌ロータ本体９ａは噛合し、これより下流で空気を閉じ込めて圧縮している。従って、閉じ込み後は閉じ込み前より高圧となっている。ここで、排油経路４６からの排油先である閉じ込み後の歯溝部８ｅ，９ｅは、閉じ込み直後の歯溝部８ｅ，９ｅであることが好ましい。即ち、雄ロータ本体８ａおよび雌ロータ本体９ａが互いに噛合した直後の歯溝部８ｅ，９ｅであることが好ましい。閉じ込み直後の歯溝圧力は非常に低いため、排油先が軸受室１０に対して相対的に低圧となり、油の排油不良を防止できるためである。

さらに図２に示すように、排油経路４６の排油先は、ロータ給油口３２よりも雄ロータ本体８ａと雌ロータ本体９ａの吸込端面８ｆ，９ｆ側（図において右側）に設けられている。吸込端面８ｆ，９ｆとは、雄ロータ本体８ａと雌ロータ本体９ａの吸込側に設けられた端面である。吸込端面８ｆ，９ｆにおいて、雄ロータ本体８ａ及び雌ロータ本体９ａは、吸込側の軸８ｂ，９ｂとそれぞれ接続されている。また、排油先は雄ロータ本体８ａと雌ロータ本体９ａの閉じ込み後の圧縮室６内である。仮に、雄ロータ本体８ａと雌ロータ本体９ａの閉じ込み前の圧縮室６内に油を戻すと、油が吸込空間４８に飛散し空気を加熱し空気が膨張し風量が低下するので、閉じ込み後の空間に戻すことでこれを防止している。

ロータ給油口３２よりも吸込端面８ｆ，９ｆ側の圧縮室６は軸受室１０より低い圧力のため、ロータ給油口３２よりも吸込端面８ｆ，９ｆ側に排油先を設けることで、排油経路４６において高圧から低圧への流れが形成され、排油不良を防止できる。換言すると、仮に排油先がロータ給油口３２の位置より吐出端面８ｄ，９ｄ側の場合、排油先の圧力が高くなり排油が困難になる。従って、本構成によってこのように軸受下流空間２６からの排油が困難となることを防止している。

（第２実施形態）
図６及び図７は、本発明の第２実施形態に係るスクリュ圧縮機２の平面および側面の部分断面図を示している。本実施形態のスクリュ圧縮機２は、排油経路４４，４６に関する部分以外の構成は図１から図５に示した第１実施形態と実質的に同様である。従って、図１から図５に示した構成と同様の部分については説明を省略する場合がある。特に、本実施形態のスクリュ圧縮機２の正面図は、図４に示す第１実施形態と同じである。

図６及び図７に示すように、本実施形態のスクリュ圧縮機２は、軸受上流空間２４から排油するための排油経路４４の排油先が雄ロータ本体８ａと雌ロータ本体９ａの閉じ込み後の歯溝部８ｅ，９ｅである。さらに、軸受上流空間２４から排油するための排油経路４４と軸受下流空間２６から排油するための排油経路４６は、経路途中で互いに合流し、排油先を共通している。

従って、その排油先は、第１実施形態と同様に、閉じ込み後の歯溝部８ｅ，９ｅは、閉じ込み直後の歯溝部８ｅ，９ｅであることが好ましく、即ち図７において二点鎖線で示す閉じ込み線よりも吐出側の近傍であることが好ましい。

さらに図７に示すように、排油経路４４，４６の排油先は、ロータ給油口３２よりも吸込端面８ｆ、９ｆ側（図において右側）に設けられている。

吐出側軸受１６を潤滑及び冷却していない低温の油が閉じ込み後に戻ることで、油による空気の加熱が低減され、それによる動力の増加を防止できる。

第１実施形態と同様に、ロータ給油口３２よりも吸込端面８ｆ側の圧縮室６は軸受室１０より低い圧力のため、ロータ給油口３２よりも吸込端面８ｆ，９ｆ側に排油先を設けることで、排油経路において高圧から低圧への流れが形成され、排油不良を防止できる。換言すると、排油先がロータ給油口３２の位置より吐出端面８ｄ，９ｄ側の場合、排油先の圧力が高くなり排油が困難になる。従って、本構成によってこのように軸受上流空間２４及び軸受下流空間２６からの排油が困難となることを防止している。

２（油冷式）スクリュ圧縮機
４ケーシング
６圧縮室
８雄ロータ（スクリュロータ）
８ａ雄ロータ本体
８ｂ吸込側の軸
８ｃ吐出側の軸
８ｄ吐出端面
８ｅ歯溝部
８ｆ吸込端面
９雌ロータ（スクリュロータ）
９ａ雌ロータ本体
９ｂ吸込側の軸
９ｃ吐出側の軸
９ｄ吐出端面
９ｅ歯溝部
９ｆ吸込端面
１０軸受室
１４軸封装置（吐出側軸封）
１６吐出側軸受
１８内輪
１８ａ下端
２０外輪
２０ａ下端
２２転動体
２４軸受上流空間
２６軸受下流空間
２８軸受内輪抑え
３０軸受外輪抑え
３２ロータ給油口
３４軸封給油口
３６堰
３６ａ先端
３８油溜部
４０排油穴
４４，４６排油経路
４８吸込空間

Claims

圧縮室と軸受室が内部に設けられたケーシングと、
前記圧縮室に配置された互いに噛合する一対のスクリュロータと、
前記軸受室に配置された前記スクリュロータの吐出側端部を回転自在に支持する吐出側軸受と、
前記圧縮室と前記軸受室とを隔離する吐出側軸封と、
前記吐出側軸受と前記吐出側軸封との間に設けられた前記軸受室から排油する排油経路と
を備える油冷式スクリュ圧縮機。
前記排油経路の排油先は、前記スクリュロータの吐出端面の低圧部側である、請求項１に記載の油冷式スクリュ圧縮機。
前記排油経路の排油先は、前記スクリュロータの閉じ込み後の歯溝部である、請求項１に記載の油冷式スクリュ圧縮機。
前記スクリュロータに油を給油するロータ給油口を備え、
前記排油経路の排油先は、前記ロータ給油口よりも前記スクリュロータの吸込端面側である、請求項１又は請求項３に記載の油冷式スクリュ圧縮機。
前記吐出側軸受は内輪及び外輪を備え、
前記排油経路には前記吐出側軸受の前記内輪の下端と前記外輪の下端の間の高さに先端が位置するように堰が設けられ、前記堰の下流には油溜部が設けられ、前記油溜部の底には排油穴が設けられている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の油冷式スクリュ圧縮機。