JP2018003720A

JP2018003720A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2018003720A
Application number: JP2016132594A
Authority: JP
Inventors: 利明矢部; Toshiaki Yabe
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2018-01-11

Abstract

【課題】圧縮機において、圧縮機起動後、短時間で圧縮機本体の軸受部等に潤滑油を供給することで信頼性を向上させる。【解決手段】回転部を支持する軸受を有する圧縮機本体１と、圧縮機本体の軸受１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂに潤滑油を供給する潤滑経路２８、２９、３０、３１、３２Ａ，３２Ｂ、３３と、潤滑経路に接続され潤滑油を流入し冷却した潤滑油を出力するオイルクーラ２５とを備える圧縮機であって、オイルクーラの出口部に圧縮機本体の起動時にオイルクーラに潤滑油が逆流するのを防止する開閉装置３９を備えた構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機に係り、特に潤滑油の供給に関する。

一般的な圧縮機の圧縮機本体は回転部を支持する軸受を有しており、その軸受に潤滑油を供給することで円滑な動作を行っている。一方、圧縮作動室に油や水といった液体を供給せずに圧縮空気を生成する無給油式圧縮機が知られている。無給油式圧縮機の圧縮機本体は高速回転駆動であるため、起動後短時間で圧縮ロータを支持する軸受や種々のギヤ装置に潤滑油を循環させることが重要である。

本技術分野における背景技術として、特開昭６１−６５０８８号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、圧縮機の無負荷時に、大気に放出する圧縮空気の一部を軸封装置に供給して軸封圧力を調整することで、圧縮室に潤滑油が流入することを防止する構成が開示されている。

また、特開平１０−９１７６号公報（特許文献２）には、圧縮機本体の軸受等に潤滑油を供給するための給油配管経路の一部を圧縮機本体の上流側で分岐し、一方の分岐経路を油溜まりが設けられたギヤケーシングに接続してバイパス経路とし、このバイパス経路の途中に排油電磁弁を設ける構成が開示されている。このような構成において、特許文献２では、圧縮機の停止時に排油電磁弁を開とすることで給油配管経路内の潤滑油を圧縮機本体に供給することなく直接ギヤケーシング内に回収し、圧縮機本体内部に潤滑油が流入することを抑制することが開示されている。

特開昭６１−６５０８８号公報特開平１０−９１７６号公報

特許文献１及び特許文献２は、何れも、圧縮機起動時の短時間での圧縮機本体の軸受部等に潤滑油を供給することについて考慮されていない。

本発明は、圧縮機起動後、短時間で圧縮機本体の軸受部等に潤滑油を供給することができる圧縮機を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を達成するために、その一例を挙げるならば、回転部を支持する軸受を有する圧縮機本体と、圧縮機本体の軸受に潤滑油を供給する潤滑経路と、潤滑経路に接続され潤滑油を流入し冷却した潤滑油を出力するオイルクーラとを備える圧縮機であって、オイルクーラの出口部に圧縮機本体の起動時にオイルクーラに潤滑油が逆流するのを防止する開閉装置を備えた構成とする。

本発明によれば、圧縮機の起動時に短時間で圧縮機本体内の軸受等に潤滑油を供給する圧縮機を提供することができる。

実施例１における無給油式スクリュー圧縮機の構造と潤滑油の経路及びその流れを示す模式図である。実施例２における無給油式スクリュー圧縮機の構造と潤滑油の経路及びその流れを示す模式図である。実施例２における温調弁の詳細構成を示す断面図とその低温時の動作を示す図である。実施例２における温調弁の詳細構成を示す断面図とその高温時の動作を示す図である。実施例２における他の構成の温調弁の詳細構成を示す断面図とその低温時の動作を示す図である。実施例２における他の構成の温調弁の詳細構成を示す断面図とその高温時の動作を示す図である。従来技術による無給油式スクリュー圧縮機の構造と潤滑油の経路及びその流れを示す模式図である。従来技術による無給油式スクリュー圧縮機本体の縦断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。

まず、圧縮機のうちの無給油式スクリュー圧縮機を例にとり、本実施例の前提構造と具体的な問題点について説明する。

図５は、従来技術による無給油式スクリュー圧縮機（以下、単に「圧縮機１００」という。）の構造と潤滑油の経路及びその流れを示す模式図である。図５において、圧縮機１００は、圧縮機本体１、ギヤケーシング２、駆動源としてのモータ３及びオイルクーラ２５を備える。圧縮機本体１は、ギヤケーシング２の側面上方付近にフランジ取合いで取り付けられ、圧縮機本体１の上方の面と、ギヤケーシング２の上方の面は、概略水平となる。ギヤケーシング２の側面下方に配置されたモータ３の駆動力は、出力軸に取り付けられた駆動プーリ４Ａと、ギヤケーシング２を貫通したギヤシャフト８の端部に配置された従動プーリ４Ｂとに懸架されたベルト６を介して伝達される。

ギヤケーシング２は、種々の伝達ギヤを収容する。具体的には、ギヤシャフト８を中心に従動プーリ４Ｂ側から、ギヤシャフト軸受１５、増速駆動ギヤ５Ａ，ギヤシャフト軸受１６及びオイルポンプ駆動ギヤ７Ａが配置される。増速駆動ギヤ５Ａは、所定のギヤ比に設定された増速従動ギヤ５Ｂと歯合し、増速従動ギヤ５Ｂに接続されたロータシャフト４８Ａを介して圧縮機本体１の雄ロータ５０Ａに駆動力を伝達するようになっている。

また、オイルポンプ駆動ギヤ７Ａは、所定のギヤ比に設定されたオイルポンプ従動ギヤ７Ｂと歯合する。オイルポンプ従動ギヤ７Ｂは、ギヤケーシング２の外部に貫通するオイルポンプシャフト２２と接続され、オイルポンプ２４に駆動力を伝達する様になっている。
オイルポンプ２４は、圧縮機１００の各種駆動部に潤滑オイルを循環させるポンプであり、オイルポンプシャフト２２を介して伝達された駆動力により、圧縮機１００に配置された種々の潤滑油の経路に潤滑油を圧送する。なお、本実施形態では自励ポンプを適用するが、圧縮機本体１の動作に応じて駆動が制御される電動の他励ポンプであってもよい。

オイルポンプ２４は、ギヤケーシング２の下部に設けられたオイル溜り４７から、ストレーナ４０を介して潤滑油を吸い込み、潤滑経路２９を介して、オイルクーラ２５に圧送するようになっている。オイルクーラ２５は、ファン（不図示）による空冷又は水冷式の熱交換器であり、所定の温度以下となるように潤滑油を冷却する。

温調弁２３は、潤滑油の温度が低い場合には潤滑経路３１の流量比を高くし、潤滑油の温度が高い場合には潤滑経路３０の流量比を多くすることで、オイルクーラ２５に流れる潤滑油量を調整し、潤滑油の油温を所定の温度範囲に維持する。

オイルクーラ２５で冷却された潤滑油は、潤滑経路３２を通り、潤滑経路３１を流れる潤滑油と合流し、オイルフィルタ２６に圧送される。オイルフィルタ２６を通過した潤滑油は、ギヤケーシング２及び圧縮機本体１の各種ギヤや回転部を支持する軸受に供給される。

また、潤滑油の循環油量は、潤滑経路３３に設けた圧力センサ（図示せず）により判定する。潤滑経路３３を通過する潤滑油量が多ければ圧力センサ部の圧力は高くなり、少なければ圧力センサ部の圧力は低下する。圧縮機起動時は、圧力センサ部の圧力が一定時間（例えば、２０秒）以内に基準圧力（例えば、０．１４ＭＰａ）より高くなっていなければ循環油量が少ないと判断し、焦げ付き防止のために圧縮機を停止する制御となっている。

次いで、圧縮機本体１の構成及び各種潤滑経路について説明する。図６に、圧縮機本体１の側断面図を示す。圧縮機本体１は、雄ロータ５０Ａ及び雌ロータ５０Ｂからなる一対のスクリューロータ５０の歯が、所定のギヤップを保った状態で噛み合い、高速回転することで、圧縮空気を生成する容量制御型の空気圧縮機である。

雄ロータ５０Ａは、ロータシャフト４８Ａと、雌ロータ５０Ｂはロータシャフト４０Ｂと一体又は直結構成される。

雄ロータ５０Ａ及び雌ロータ５０Ｂの夫々のロータシャフトには、空気の吸込み側端部方向に夫々軸受１１Ａ、１１Ｂ、吐出し側端部方向に軸受１２Ａ、１２Ｂが夫々配置され、これらに回転可能に支持される。また、ロータシャフト４８Ａ、４８Ｂの夫々には、軸受１２Ａ及び１２Ｂよりも更に外端部に、タイミングギヤ９及び１０が配置され、ロータシャフト４８Ａに接続された雄ロータ５０Ａの回転に伴い、タイミングギヤ９と１０の噛み合いによって雌雄ロータが互いに回転するようになっている。雌雄ロータの回転に伴い、吸込経路４１から吸い込まれた空気が圧縮室６０で圧縮され、やがて吐出経路４２から所定の圧縮空気経路を経て、ユーザ側へと供給されるようになっている。

ロータシャフト４８Ａ、４８Ｂの吸込み側において、雌雄のロータ５０Ａ、５０Ｂと、軸受１１Ａ、１１Ｂとの間には、軸封部１７（１７Ａ、１７Ｂ）と、軸封部１８（１８Ａ、１８Ｂ）とが配設される。軸封部１７は、エアシールであり、圧縮室６０で圧縮された空気が、軸受１１Ａ等の側に漏れ出すのを低減するための環状の部材である。軸封部１７は、ロータシャフト４８Ａ等と非接触であり、その隙間は数十μｍ程度の微小なものである。雌雄ロータ５０Ａ、５０Ｂ夫々のロータシャフト４８に、エアシール１７Ａ（雄側）、１７Ｂ（雌側）が配置される。

軸封部１８は、ネジシールであり、経路３４を介して軸受１１Ａ、１１Ｂに供給された潤滑油が圧縮室６０に侵入するのを防止するためのものである。ネジシール１８Ａ、１８Ｂの内面には角溝が螺旋状に施され、ロータシャフト４８Ａ等と非接触で、微小な隙間を保つように組付けられる。ネジシール１８Ａ、１８Ｂは、ロータシャフト４８Ａ等の回転により、内径部の溝部にシール圧を発生させることで、潤滑油を軸受１１Ａ、１１Ｂ側に押し戻すように作用する。

また、ロータシャフト４８Ａ等は、軸封部１７と１８の間において、周方向に溝が形成されており、この溝と周方向で対向する位置に、圧縮機本体ケーシングから外気に連通する穴部４３が形成される。穴部４３は、圧縮室６０からの漏れ空気を圧縮機本体１の外部に逃がすためのガス抜き穴等として機能する。

また、ネジシール１８Ａ、１８Ｂと、軸受１１Ａ、１１Ｂとの間に、軸受１１Ａ、１１Ｂを潤滑した潤滑油を回収し、ギヤケーシング２のオイル溜り４７に還流させるための排油口４５が形成される。

このようなロータシャフト４８Ａ、４８Ｂの吸込み側の構成と同様に、ロータシャフト４８Ａ、４８Ｂの吐出側も軸封部１９（エアシール）や軸封部２０（ネジシール）が配置される。雌雄ロータ５０Ａ、５０Ｂと、軸受１２Ａ、１２Ｂとの間には、軸封部１９と軸封部２０が配置される。また、圧縮機本体ケーシングの軸封部１９と２０の間には、外気と連通し、圧縮室６０から漏れ出る圧縮空気のガス抜きとして機能する穴部４４が形成される。

軸受１２Ａ、１２Ｂは、雌雄ロータシャフトの夫々に３つずつ配置される。そして、圧縮機本体ケーシングには、これら３つの軸受１２の間の何れかの位置に、上方から潤滑油を供給するための経路３５が形成される。また、圧縮機本体ケーシングには、軸受１２Ａ、１２Ｂと、ネジシール２０Ａ、２０Ｂとの間の位置から潤滑油を回収する排油口４６が形成される。経路３５から供給された潤滑油は、軸受１２Ａ、１２Ｂを潤滑した後、排油口４６から回収されるようになっている。

圧縮機本体ケーシングには、タイミングギヤ９、１０の上方に潤滑油を供給するための経路３４が形成され、潤滑油は、タイミングギヤ９、１０を潤滑後に、下方に形成された排油口４５からオイル溜り４７に回収されるようになっている。なお、経路３４は、圧縮機ケーシング上で経路３５から途中分岐するように形成され、排油口４６は途中から排油口４５と合流するように形成されている。

以上の例において、圧縮機起動時の潤滑油の温度が０℃付近の場合（低温起動）とそれ以上の場合(常温起動)における潤滑油の流れについて説明する。

すなわち、低温起動時は、運転開始直後は潤滑油の温度が０℃付近であるため、温調弁２３により、潤滑油のほぼ全量が潤滑経路３１に流れる。潤滑経路３１はオイルクーラ２５の出口の潤滑経路３２と合流しているため、潤滑経路３１を流れる潤滑油の全量が潤滑経路３３に流れず、潤滑油の一部がオールクーラ２５に流入する。そのため、潤滑経路３３を流れる潤滑油量が一時的に減少し、ギヤケーシング２及び圧縮機本体１の各種ギヤや軸受への潤滑油の供給が遅れるという問題があった。また、低温時には潤滑油の粘度が高いため、潤滑油が循環しにくくなっている。そのため、潤滑油の供給遅れが更に助長される。これにより、圧縮機が起動できない場合もあるという問題があった。また、常温起動時には、潤滑油の一部が温調弁２３から潤滑経路３０を経由してオイルクーラ２５に流入するため、ギヤケーシング２及び圧縮機本体１の各種ギヤや軸受への潤滑油の供給が遅れるという問題があった。

そこで、これらの問題点を解決するための構成について、以下本実施例を説明する。具体的には、圧縮機起動直後において、ギヤケーシング２及び圧縮機本体１の各種ギヤや軸受への潤滑油の供給遅れを防止するものである。

図１は、本実施例における無給油式スクリュー圧縮機の構造と潤滑油の経路及びその流れを示す模式図である。図１に示すように、本実施例では、オイルクーラ２５の出口の潤滑経路３２Ａと３２Ｂとの間に逆止弁３７を配置した構成としている。これにより、低温起動時における潤滑経路３２Ｂからのオイルクーラ２５への潤滑油の流入を防止することができ、圧縮機本体１への潤滑油の供給遅れを防止することができる。また、逆止弁３７は電磁弁などの開閉装置３９に置き換えることもできる。逆止弁３７と置き換えた開閉装置３９は、起動時の一定時間（例えば、起動後５〜２０秒程度）のみ閉じ、それ以降は開くことで、逆止弁３７を設けた場合と同様の効果を得ることができる。

以上のように、本実施例は、回転部を支持する軸受を有する圧縮機本体と、圧縮機本体の軸受に潤滑油を供給する潤滑経路と、潤滑経路に接続され潤滑油を流入し冷却した潤滑油を出力するオイルクーラとを備える圧縮機であって、オイルクーラの出口部に圧縮機本体の起動時にオイルクーラに潤滑油が逆流するのを防止する開閉装置を備えた構成とする。

これにより、本実施例によれば、圧縮機の起動時に短時間で圧縮機本体内のギヤや軸受等に潤滑油を供給することができる。

図２は、本実施例における無給油式スクリュー圧縮機の構造と潤滑油の経路及びその流れを示す模式図である。本実施例では、実施例１での逆止弁３７に加え、オイルクーラ２５の入口の潤滑経路３０Ａと３０Ｂの間に電磁弁などの開閉装置３８を配置した構成としている。開閉装置３８は、起動時の一定時間（例えば、起動後５〜２０秒程度）のみ閉じ、それ以降は開くように制御する。これにより、常温起動時におけるオールクーラ２５への潤滑油の流入を防止することができ、圧縮機本体１への潤滑油の供給遅れを防止することができる。

なお、図２における、温調弁２３は、前述したように、潤滑油の温度が低い場合には潤滑経路３１の流量比を高くし、潤滑油の温度が高い場合には潤滑経路３０の流量比を多くすることで、オイルクーラ２５に流れる潤滑油量を調整し、潤滑油の油温を所定の温度範囲に維持するものであるが、その詳細について説明する。

図３Ａ、図３Ｂは、温調弁２３の詳細構成を示す断面図であり、図３Ａが低温時、図３Ｂが高温時の状態を示している。低温時は、図３Ａに示すように、温調弁２３の弁部２３ａは、潤滑経路２９と潤滑経路３１とが連通する状態の位置となっており、潤滑経路２９からの潤滑油は、潤滑経路３１へ流入すると共に、潤滑経路３０を通りオイルクーラ２５にも流入する。潤滑経路２９からの潤滑油の温度の上昇と共に、弁部２３ａは図３Ａの位置から図３Ｂの位置に移動する。潤滑経路２９からの潤滑油の温度がある温度（例えば６５℃）まで上昇すると弁部２３ａは図３Ｂの位置に移動し、潤滑経路３１が弁２３ａにより遮断され、潤滑経路２９からの潤滑油の全量が潤滑経路３０を通り、オイルクーラ２５に流入する。従って、図３Ａ、図３Ｂの温調弁２３を圧縮機１００に適用した場合、低温時でも潤滑油がオイルクーラ２５に流入するので、オイルクーラ２５の入口の潤滑経路３０に開閉装置３８を設けることで、常温起動時の潤滑油の一部のオイルクーラ２５への流入を防止することができる。また、出口部に逆止弁３７又は電磁弁３９を設けることで圧縮機の起動時にオイルクーラ２５への油の流入を防止することができる。

図４Ａ、図４Ｂは、他の構成の温調弁２３の詳細構成を示す断面図であり、同様に、図４Ａが低温時、図４Ｂが高温時の状態を示している。低温時は、図４Ａに示すように、温調弁２３の弁部２３ａは、潤滑経路２９とオイルクーラ２５への経路３０とが２３ｂ部と２３ｃ部で遮断される状態の位置にあり、潤滑経路２９からの潤滑油の全量がバイパス経路３１に流れ、オイルクーラ２５への経路３０には潤滑油が流れない。潤滑経路２９からの潤滑油の温度がある温度（例えば、５０℃）まで上昇すると弁部２３ａが移動を開始し、温度上昇と共に図４Ｂの位置に移動する。潤滑油の温度がある温度（例えば６５℃）まで上昇すると潤滑経路２９と潤滑経路３１が２３ｃ部と２３ｄ部で遮断され、潤滑経路２９からの潤滑油の全量が経路３０を通り、オイルクーラ２５に流入する。従って、図４Ａ、図４Ｂの温調弁２３を圧縮機１００に適用した場合、低温起動時は潤滑経路２９とオイルクーラ２５への潤滑経路３０は遮断されているため、オイルクーラ２５の入口の潤滑経路３０に開閉装置３８を設けても設けなくてもどちらでも構わない。出口部には逆止弁３７又は電磁弁３９を設けることで圧縮機の起動時にオイルクーラ２５への潤滑油の流入を防止することができる。

以上のように、本実施例は、回転部を支持する軸受を有する圧縮機本体と、圧縮機本体の軸受に潤滑油を供給する潤滑経路と、潤滑経路に接続され潤滑油を流入し冷却した潤滑油を出力するオイルクーラとを備える圧縮機であって、オイルクーラの出口部に圧縮機本体の起動時にオイルクーラに潤滑油が逆流するのを防止する開閉装置を備え、さらに、潤滑経路から潤滑油の一部又は全量をオイルクーラの入口にバイパスさせ、オイルクーラに流入する潤滑油量を調整し、潤滑油を所定の温度に調節する機能を有する温調弁を備え、オイルクーラの入口部に圧縮機本体の起動時にオイルクーラに潤滑油が流入するのを防止する第２の開閉装置を備えた構成とする。

これにより、本実施例によれば、圧縮機起動後、短時間でギヤケーシング及び圧縮機本体の各種ギヤや軸受への潤滑油を供給することができ、軸受やギヤの信頼性を向上することができる。

以上、実施例について説明したが、本発明は、上記種々の構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更や置換が可能であることは言うまでもない。例えば、本実施例では雌雄一対のスクリュー型圧縮機を例としたが、本発明はこれに限定するものではなく、シングル或いはトリプルロータ型のスクリュー圧縮機でもよいし、シングル又はダブルスクロール型でもよいし、レシプロ型でもよいし、多段圧縮機構成であってもよく、圧縮機本体に潤滑油供給による潤滑対象を含む圧縮機形式であればよい。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

１：圧縮機本体、２：ギヤケーシング、３：モータ、４Ａ：駆動プーリ、４Ｂ：従動プーリ、５Ａ：増速駆動ギヤ、５Ｂ：増速従動ギヤ、６：ベルト、７Ａ：オイルポンプ駆動ギヤ、７Ｂ：オイルポンプ従動ギヤ、８：ギヤシャフト、９、１０：タイミングギヤ、１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ：軸受、１５、１６：ギヤシャフト軸受、１７、１８、１９、２０：軸封部、２１：バイパス配管、２２：オイルポンプシャフト、２３：温調弁、２４：オイルポンプ、２５：オイルクーラ、２６：オイルフィルタ、２８、２９、３０、３１、３２、３３：潤滑経路、３７：逆止弁、３８、３９：開閉装置、４０：ストレーナ、４１：吸込経路、４２：吐出経路、４３、４４：穴部、４５、４６：排油口、４７：オイル溜り、４８Ａ、４８Ｂ：ロータシャフト、５１：吐出配管、６０：圧縮室、１００：圧縮機

Claims

回転部を支持する軸受を有する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の軸受に潤滑油を供給する潤滑経路と、前記潤滑経路に接続され前記潤滑油を流入し冷却した潤滑油を出力するオイルクーラとを備える圧縮機であって、
前記オイルクーラの出口部に前記圧縮機本体の起動時に前記オイルクーラに前記潤滑油が逆流するのを防止する開閉装置を備えたことを特徴とする圧縮機。
請求項１に記載の圧縮機であって、
前記開閉装置は逆止弁であることを特徴とする圧縮機。
請求項１に記載の圧縮機であって、
前記潤滑経路から前記潤滑油の一部又は全量を前記オイルクーラの入口にバイパスさせ、前記オイルクーラに流入する潤滑油量を調整し、前記潤滑油を所定の温度に調節する機能を有する温調弁を備え、
前記オイルクーラの入口部に前記圧縮機本体の起動時に前記オイルクーラに前記潤滑油が流入するのを防止する第２の開閉装置を備えたことを特徴とする圧縮機。
請求項１から３の何れか1項に記載の圧縮機であって、
前記圧縮機本体は、気体を圧縮するロータ、ロータシャフト及びロータシャフトを回転可能に支持する軸受を有する無給油式圧縮機本体であり、
前記圧縮機本体を駆動するための駆動力を生成する駆動源と、前記駆動力を前記圧縮機本体に伝達するギヤを収容するギヤケーシングを有し、
前記潤滑経路は前記軸受及びギヤに前記潤滑油を供給する経路であることを特徴とする圧縮機。