JP4911790B2 - Roots type vacuum pump - Google Patents
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Description
本発明は、封水又は真空室への液の流入を可能とした単段又は多段ルーツ式真空ポンプに関する。 The present invention relates to a single-stage or multi-stage roots type vacuum pump that enables inflow of liquid into sealed water or a vacuum chamber.
従来の3葉ルーツ式真空ポンプにおけるルーツロータは、周面が凸円弧曲線で回転軸の中心から等角度間隔に配置された3個のローブと、各ローブ同士を接続する周面が凹円弧曲線の谷部からなる形状とされ、2本のルーツロータは、ケーシングの内面とローブの外面とのクリアランス及び相互のクリアランスを0.1〜0.3mm程度に保ってケーシングに挿入されている。 The roots rotor in the conventional three-leaf roots vacuum pump has three lobes arranged at equiangular intervals from the center of the rotation axis, and the circumferential surface connecting the lobes is a concave arc curve. The root rotor is formed into a shape, and the two roots rotors are inserted into the casing while maintaining a clearance between the inner surface of the casing and the outer surface of the lobe and a mutual clearance of about 0.1 to 0.3 mm.
湿式仕様で真空室に毎分1〜5リットルの水を封入する場合又は真空室に流入するガスから液が発生する場合には、前記クリアランスを約0.5〜1mmと大きく設けるが、封入する水の量的変化によりポンプ性能にバラツキを生じ、ルーツロータ間に液体が閉じ込まれてしまう閉じ込み現象(いわゆる液ガミ)による異常音・異常振動を発生する。また、ルーツロータの回転軸を支持するハウジング内の軸封部へ水分が勢いよく浸入した場合には、軸受けのオイルを洗い流して潤滑不良を生じ、軸受けの寿命を低下させる等のトラブルがあった。 When the wet chamber is filled with 1 to 5 liters of water per minute or when liquid is generated from the gas flowing into the vacuum chamber, the clearance is set as large as about 0.5 to 1 mm. Variations in the amount of water cause variations in pump performance, resulting in abnormal noise and vibration due to a confinement phenomenon (so-called liquid smear) in which liquid is confined between roots rotors. In addition, when water has vigorously entered the shaft sealing portion in the housing that supports the rotation shaft of the roots rotor, there has been a problem that the oil in the bearing is washed away, resulting in poor lubrication and shortening the life of the bearing.
特許文献1には、ローブの中心線を回転方向に少し越えた周面に、ほぼV形の切込溝を軸方向に形成したルーツロータが開示されている。その出願考案は、圧送液体、気体中に固形粒子が混入する場合において、ローブの外面とケーシングの内周面との間に該粒子が噛み込んで摩耗を生ずることを目的としたものである。この文献には、前述した軸封部への水分の浸入による軸受けの寿命低下に関する事項について何も記載されていない。
本発明の目的は、ルーツロータ間での液体の閉じ込み現象による異常音・異常振動の発生や軸封部への水分の浸入による軸受け寿命の低下を防止するルーツ式真空ポンプを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a roots-type vacuum pump that prevents occurrence of abnormal noise and vibration due to a liquid confinement phenomenon between roots rotors and a decrease in bearing life due to moisture intrusion into a shaft seal. .
前記目的を達成するために請求項1に記載した発明は、吸込口と吐出口を形成したケーシング内に一対の3葉ルーツロータを設け、そのケーシングの側方の開口部を塞ぐように取り付けられたハウジングに装着した軸受けによりルーツロータの回転軸を支持すると共に該ロータ側と該軸受けとの間における空気の出入りを防止する軸封部を設け、その吸込口と吐出口の間が連通することのないように両ルーツロータを回転させることにより吸込口から吸引した空気を吐出口から吐出するルーツ式真空ポンプにおいて、
前記ルーツロータの各ローブの中心線から回転方向側に所定寸法だけ離れた位置の周面に、前記ケーシングの内周面との隙間が回転方向に向かって広がるような断面形状の逃し溝を各ローブの全長にわたって形成し、
前記軸封部は、前記ハウジングの内径部に1又は複数のハウジングオイルシールとカラーとを前記ケーシングへの取付け面に近い箇所から順に装着し、そのカラーと前記軸受けとの間に配置した水分振り切り用リングを前記回転軸に固定すると共に該カラーと該リングとの対向面に生ずる隙間をラビリンスシールが形成されるように設けられ、その軸封部に溜まる液を一対の3葉ルーツロータが収容されるポンプ室としての真空室に戻す通路を、当該ハウジングの吐出口側に設けたことを特徴とする。
In order to achieve the object, the invention described in
Each lobe is provided with a relief groove having a cross-sectional shape on the circumferential surface at a position away from the center line of each lobe of the roots rotor by a predetermined dimension in the rotational direction so that a gap with the inner circumferential surface of the casing widens in the rotational direction. Formed over the entire length of
The shaft seal portion is provided with one or more housing oil seals and a collar on the inner diameter portion of the housing in order from a position close to the mounting surface to the casing, and a water shaker disposed between the collar and the bearing. A ring is fixed to the rotating shaft and a gap formed between the collar and the ring is formed so that a labyrinth seal is formed, and a pair of three-leaf root rotors is accommodated for liquid accumulated in the shaft seal portion. A passage returning to the vacuum chamber as a pump chamber is provided on the discharge port side of the housing.
同様の目的を達成するために請求項2に記載した発明は、吸込口と吐出口を形成したケーシング内に一対の3葉ルーツロータを設け、そのケーシングの側方の開口部を塞ぐように取り付けられたハウジングに装着した軸受けによりルーツロータの回転軸を支持すると共に該ロータ側と該軸受けとの間における空気の出入りを防止する軸封部を設け、その吸込口と吐出口の間が連通することのないように両ルーツロータを回転させることにより吸込口から吸引した空気を吐出口から吐出するルーツ式真空ポンプにおいて、
前記ルーツロータの各ローブの中心線から回転方向側に所定寸法だけ離れた位置の周面に、前記ケーシングの内周面との隙間が回転方向に向かって広がるような断面形状の逃し溝を各ローブの全長にわたって形成し、
前記軸封部は、前記ハウジングの内径部に1又は複数のハウジングオイルシールとカラーとを前記ケーシングへの取付け面に近い箇所から順に装着し、そのカラーと前記軸受けとの間に配置した水分振り切り用リングを前記回転軸に固定すると共に該カラーと該リングとの対向面に生ずる隙間をラビリンスシールが形成されるように設けられ、
その軸封部に溜まる液をドレンとして外部に排出するドレン通路を当該ハウジングに設けると共に該ドレン通路の出口側にドレン排出用バルブを設けたことを特徴とする。
In order to achieve the same object, the invention described in
Each lobe is provided with a relief groove having a cross-sectional shape on the circumferential surface at a position away from the center line of each lobe of the roots rotor by a predetermined dimension in the rotational direction so that a gap with the inner circumferential surface of the casing widens in the rotational direction. Formed over the entire length of
The shaft seal portion is provided with one or more housing oil seals and a collar on the inner diameter portion of the housing in order from a position close to the mounting surface to the casing, and a water shaker disposed between the collar and the bearing. A ring for fixing the ring to the rotary shaft and a gap formed on the facing surface of the collar and the ring so that a labyrinth seal is formed,
A drain passage for discharging the liquid accumulated in the shaft seal portion as a drain to the outside is provided in the housing, and a drain discharge valve is provided on the outlet side of the drain passage.
同様の目的を達成するために請求項3に記載した発明は、請求項1又は2に記載のルーツ式真空ポンプにおいて、前記逃し溝が、三角形状の断面に形成されていることを特徴とするものである。
In order to achieve the same object, the invention described in claim 3 is the Roots-type vacuum pump according to
(請求項1の発明)
このルーツ式真空ポンプによれば、ルーツロータ間における液体の閉じ込み現象による異常音・異常振動の発生を防止することができる。さらに、ハウジングの軸封部へ浸入した水分・液は、水分振り切り用リングによって吹き飛ばされて軸封部内に溜まり、通路を介して真空室に戻されるため軸受け寿命の低下を防止することができる。
(Invention of Claim 1)
According to this Roots type vacuum pump, it is possible to prevent the occurrence of abnormal noise and vibration due to the confinement phenomenon of the liquid between the Roots rotors. Furthermore, the moisture / liquid that has entered the shaft sealing portion of the housing is blown off by the water swinging ring and collected in the shaft sealing portion, and is returned to the vacuum chamber through the passage, thereby preventing a decrease in bearing life.
(請求項2の発明)
このルーツ式真空ポンプによれば、ルーツロータ間における液体の閉じ込み現象による異常音・異常振動の発生を防止することができる。さらに、ハウジングの軸封部へ浸入した水分・液は、水分振り切り用リングによって吹き飛ばされて軸封部内に溜まり、ドレンとしてドレン排出用バルブにより適時に外部に排出することができる。
(Invention of Claim 2)
According to this Roots type vacuum pump, it is possible to prevent the occurrence of abnormal noise and vibration due to the confinement phenomenon of the liquid between the Roots rotors. Furthermore, the moisture / liquid that has entered the shaft seal portion of the housing is blown off by the water swing ring and collected in the shaft seal portion, and can be discharged outside as a drain by a drain discharge valve at an appropriate time.
(請求項3の発明)
このルーツ式真空ポンプでは、逃し溝を三角形状の断面に形成しており、ルーツロータ間に閉じ込められる液体が逃し溝に進入して該液体の圧力が異常に高くなることが抑制されるため、異常音・異常振動の発生が生じなく円滑な回転作動が得られる。
(Invention of Claim 3)
In this Roots-type vacuum pump, the escape groove is formed in a triangular cross section, and it is possible to prevent the liquid confined between the Roots rotor from entering the escape groove and abnormally increasing the pressure of the liquid. Smooth rotation operation can be obtained without generating sound and abnormal vibration.
以下に、本発明の最良の形態例を図面に基づいて説明する。 The best mode of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明にかかる3段式3葉ルーツ式真空ポンプPを図1に示す。なお、この発明は、多段式3葉ルーツ式真空ポンプに限定されることなく、単段式3葉ルーツ式真空ポンプにも適用可能である。そして、3段式3葉ルーツ式真空ポンプPでは、一対の3葉ルーツロータが収容されるポンプ室としての真空室をケーシング内に3つ隣接して形成している。また、単段式3葉ルーツ式真空ポンプでは、1つの真空室がケーシング内に形成される。 A three-stage three-leaf roots vacuum pump P according to the present invention is shown in FIG. The present invention is not limited to a multi-stage three-leaf roots vacuum pump, but can also be applied to a single-stage three-leaf roots vacuum pump. In the three-stage three-leaf roots vacuum pump P, three vacuum chambers as pump chambers in which a pair of three-leaf root rotors are accommodated are formed adjacent to each other in the casing. In the single-stage three-leaf roots type vacuum pump, one vacuum chamber is formed in the casing.
このルーツ式真空ポンプPは、吸込口4と吐出口5を形成したケーシング1内に上下一対の3葉ルーツロータ(以下、「ルーツロータ」という)15を設けている。図1に示すように、ケーシング1には、3つの真空室、すなわち、第1真空室2a、第2真空室2b、第3真空室2cが隣接するように形成されていて、第1真空室2から後段の真空室2b,2cに向かうに従い容積が小さくなるように設けられている。そして、ルーツロータ15については、上記各真空室2a〜2cの大きさに合わせてロータ部15a〜15cの軸方向の長さが異なるように設けられている。7,7はケーシング1の側方の開口部を塞ぐように取り付けられたハウジングであり、ハウジング7,7に装着した軸受け9,9によりルーツロータ15の回転軸18を両端支持している。8はルーツロータ15側と軸受け9との間における空気の出入りを防止するためにハウジング7に設けた軸封部である。10は軸受け9の抜け止めを施すスナップリングである。
This roots type vacuum pump P is provided with a pair of upper and lower three-leaf root rotors (hereinafter referred to as “roots rotor”) 15 in a
ルーツロータ15,15の回転軸18,18の一方端には、タイミングギヤ19,19が噛み合うように取り付けられてナット20,20により夫々固定されている。11はハウジング7に取り付けられたギヤカバーである。ギヤカバー11内には、下方のタイミングギヤ19の下部が浸る程度に潤滑用オイルが収容されている。他方のハウジング7には、上側のルーツロータ15の駆動軸としての回転軸18を挿入するシール13が装着されたカバー12を取り付けている。その回転軸18に取り付けたカップリング21は、図示しない電動モータにより駆動されるように設けられている。
図2において、前記ロータ部15a〜15cの各ローブ16には、その中心線oから回転方向側に所定寸法だけ離れた位置の周面16aに、ケーシング1の内周面1aとの隙間が回転方向に向かって広がるような三角形状の断面の逃し溝17をローブの全長にわたって形成している。この逃し溝17は、湿式仕様時などにケーシング1内に封入される水による前記閉じ込み現象を防止するために設けている。
In FIG. 2, in each
なお、逃し溝17をローブ16の先端から離れた位置に設けているのは、ローブ16の先端からの空気の漏れを防止するためである。逃し溝17の容積については、ロータ部15a〜15cの外周面とケーシング1の内周面1aとにより囲まれる容積の約1〜3パーセントが適当である。また、ケーシング1内に封入される水量については、ルーツ式真空ポンプPの理論容積の約0.2〜0.5パーセントが妥当である。
The reason why the
図3において、前記軸封部8については、ハウジング7の内径部7aに1又は複数、この実施例では2個のハウジングオイルシール25とカラー26とをケーシング1への取付け面7bに近い箇所(奥)から順に装着している。詳しくは、一方のハウジングオイルシール25は、カラー26のシール固定用穴26aに装着されている。そして、ハウジングオイルシール25のシール部25aは、ルーツロータ15の回転軸18に嵌着されたスリーブ23の外周面に弾接されている。24はスリーブ23の内部に装着されたoリングである。27はカラー26の外側に装着されたoリングである。28はハウジング7に装着されたグランドパッキンであり、グランドパッキン28の内周部は、ルーツロータ15の回転軸18に接触するように設けられている。
In FIG. 3, with respect to the
30はカラー26と軸受け9との間に配置されていて、回転軸18に固定された水分振り切り用リングである。この水分振り切り用リング30とカラー26については、両者の対向面に生ずる隙間を公知のラビリンスシールが形成されるように設けられている。
図3、図4に示すように、水分振り切り用リング30の位置するハウジング7の内径部7aの箇所と、同ハウジング7の前記吐出口5側の取付け面7bに至る間には、第1真空室2a、第3真空室2cから軸封部8に浸入する水分・液を各真空室2a、2cに戻すための通路7cが設けられている。
As shown in FIGS. 3 and 4, a first vacuum is formed between the location of the
また、ハウジング7には、タイミングギヤ19の回転作動により軸受け9に降りかかった潤滑用オイルの一部が軸封部8へ浸入しないようにギヤ室19aに戻すための通路7dを設けている。
The
しかして、吸込口4と吐出口5の間が連通することのないように両ルーツロータ15,15を回転させることにより吸込口4から吸引した空気を第1真空室2aに吸い込んで圧縮し、ついで、第2真空室2b、第3真空室2cの順に吸い込んで圧縮しつつ吐出口5から吐出する本発明にかかる3段式3葉ルーツ式真空ポンプPが構成される。
Thus, by rotating both
つぎに、本発明にかかる3段式3葉ルーツ式真空ポンプPの特有な作用について説明する。
(1)ルーツ式真空ポンプPを湿式仕様でケーシング1内に水を封入する場合や洗浄機の乾燥用に使用されて水分の混入がある場合において、ケーシング1内に吸い込まれて圧縮された空気中の水分は逃し溝17に流入するので、ルーツロータ15のロータ部15a〜15cの間で閉じ込み現象が生ぜず、閉じ込み現象に起因する異常音や異常振動が発生しない。
(2)上記(1)の場合において、第1真空室2a、第3真空室2cから軸封部8に水分・液が浸入したとしても、水分振り切り用リングによって吹き飛ばされて軸封部内に溜まる。そして、それらは通路7cを介して各真空室2a、2cに戻されることから、軸受け9の潤滑用オイルが洗い流されることなく軸受け9の潤滑が良好に維持される。
Next, a specific action of the three-stage three-leaf roots vacuum pump P according to the present invention will be described.
(1) When the roots type vacuum pump P is wet-type and water is enclosed in the
(2) In the case of (1) above, even if moisture or liquid enters the
ところで、前述した3段式3葉ルーツ式真空ポンプPでは、軸封部に溜まる液を真空室に戻す構成としているところ(請求項1の発明に対応)、軸封部に溜まる液をドレンとして外部に排出する構成にすることもできる(請求項2の発明に対応)。 By the way, in the above-described three-stage three-leaf root type vacuum pump P, the liquid collected in the shaft seal part is returned to the vacuum chamber (corresponding to the invention of claim 1), and the liquid collected in the shaft seal part is used as a drain. It can also be configured to discharge to the outside (corresponding to the invention of claim 2).
即ち、図5に示す本発明に係る他の実施例の3段式3葉ルーツ式真空ポンプP′は、軸封部8に溜まる液をドレンとして外部に排出するドレン通路7eをハウジング7に設けている。そして、そのドレン通路7eの出口側に接続したドレンパイプ32にドレン排出用バルブ33を設けている。
That is, the three-stage three-leaf root type vacuum pump P ′ according to another embodiment of the present invention shown in FIG. ing. A
なお、この3段式3葉ルーツ式真空ポンプP′は、軸封部に溜まる液をドレンとして外部に排出する構成以外については前記3段式3葉ルーツ式真空ポンプPの構成と同じ構成とされているので、それと同じ構成部分については符号を流用して図面に記入して説明を省略する。また、ドレン通路7eについては、図3に二点鎖線にて表した。
The three-stage three-leaf roots vacuum pump P ′ has the same structure as the three-stage three-leaf roots vacuum pump P except that the liquid accumulated in the shaft seal is discharged to the outside as a drain. Therefore, the same components as those are denoted by reference numerals and are described in the drawings, and the description thereof is omitted. Further, the
上述した3葉ルーツ式真空ポンプP及び3葉ルーツ式真空ポンプP′では、何れも一対の3葉ルーツロータ15を上下方向に配置する縦型構造としているが、これに代えてルーツロータを横方向に平行に配置する横型構造とすることも可能である。横型構造の場合における他の構成部分については、縦型構造に準じた構成とするものとする。
In the above-described three-leaf root type vacuum pump P and three-leaf root type vacuum pump P ′, each has a vertical structure in which a pair of three-
P・・・本発明にかかる3段式3葉ルーツ式真空ポンプ
1・・・ケーシング
4・・・吸入口
5・・・吐出口
7・・・ハウジング
7c・・・通路
7e・・・ドレン通路
8・・・軸封部
9・・・軸受け
15・・・3葉ルーツロータ
16・・・ローブ
17・・・逃し溝
18・・・回転軸
25・・・ハウジングオイルシール
26・・・カラー
30・・・水分振り切り用リング
33・・・ドレン排出用バルブ
P: Three-stage three-leaf
Claims (3)
前記ルーツロータの各ローブの中心線から回転方向側に所定寸法だけ離れた位置の周面に、前記ケーシングの内周面との隙間が回転方向に向かって広がるような断面形状の逃し溝を各ローブの全長にわたって形成し、
前記軸封部は、前記ハウジングの内径部に1又は複数のハウジングオイルシールとカラーとを前記ケーシングへの取付け面に近い箇所から順に装着し、そのカラーと前記軸受けとの間に配置した水分振り切り用リングを前記回転軸に固定すると共に該カラーと該リングとの対向面に生ずる隙間をラビリンスシールが形成されるように設けられ、その軸封部に溜まる液を一対の3葉ルーツロータが収容されるポンプ室としての真空室に戻す通路を、当該ハウジングの吐出口側に設けたことを特徴とするルーツ式真空ポンプ。 A pair of three-lobe root rotors are provided in a casing in which a suction port and a discharge port are formed, and the rotor shaft is supported by a bearing attached to a housing that is attached so as to close the opening on the side of the casing and the rotor. A shaft seal is provided to prevent air from entering and exiting between the side and the bearing, and the air sucked from the suction port is rotated by rotating both roots rotors so that the suction port and the discharge port do not communicate with each other. In the roots type vacuum pump that discharges from the discharge port,
Each lobe is provided with a relief groove having a cross-sectional shape on the circumferential surface at a position away from the center line of each lobe of the roots rotor by a predetermined dimension in the rotational direction so that a gap with the inner circumferential surface of the casing widens in the rotational direction. Formed over the entire length of
The shaft seal portion is provided with one or more housing oil seals and a collar on the inner diameter portion of the housing in order from a position close to the mounting surface to the casing, and a water shaker disposed between the collar and the bearing. A ring is fixed to the rotating shaft and a gap formed between the collar and the ring is formed so that a labyrinth seal is formed, and a pair of three-leaf root rotors is accommodated for liquid accumulated in the shaft seal portion. A roots type vacuum pump characterized in that a passage for returning to a vacuum chamber as a pump chamber is provided on the discharge port side of the housing.
前記ルーツロータの各ローブの中心線から回転方向側に所定寸法だけ離れた位置の周面に、前記ケーシングの内周面との隙間が回転方向に向かって広がるような断面形状の逃し溝を各ローブの全長にわたって形成し、
前記軸封部は、前記ハウジングの内径部に1又は複数のハウジングオイルシールとカラーとを前記ケーシングへの取付け面に近い箇所から順に装着し、そのカラーと前記軸受けとの間に配置した水分振り切り用リングを前記回転軸に固定すると共に該カラーと該リングとの対向面に生ずる隙間をラビリンスシールが形成されるように設けられ、
その軸封部に溜まる液をドレンとして外部に排出するドレン通路を当該ハウジングに設けると共に該ドレン通路の出口側にドレン排出用バルブを設けたことを特徴とするルーツ式真空ポンプ。 A pair of three-lobe root rotors are provided in a casing in which a suction port and a discharge port are formed, and the rotor shaft is supported by a bearing attached to a housing that is attached so as to close the opening on the side of the casing and the rotor. A shaft seal is provided to prevent air from entering and exiting between the side and the bearing, and the air sucked from the suction port is rotated by rotating both roots rotors so that the suction port and the discharge port do not communicate with each other. In the roots type vacuum pump that discharges from the discharge port,
Each lobe is provided with a relief groove having a cross-sectional shape on the circumferential surface at a position away from the center line of each lobe of the roots rotor by a predetermined dimension in the rotational direction so that a gap with the inner circumferential surface of the casing widens in the rotational direction. Formed over the entire length of
The shaft seal portion is provided with one or more housing oil seals and a collar on the inner diameter portion of the housing in order from a position close to the mounting surface to the casing, and a water shaker disposed between the collar and the bearing. A ring for fixing the ring to the rotary shaft and a gap formed on the facing surface of the collar and the ring so that a labyrinth seal is formed,
A roots-type vacuum pump characterized in that a drain passage for discharging the liquid accumulated in the shaft seal portion to the outside as a drain is provided in the housing and a drain discharge valve is provided on the outlet side of the drain passage.
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