JP6490793B2 - 振動低減のために粘性減衰を利用する回転スクリュー圧縮機 - Google Patents

振動低減のために粘性減衰を利用する回転スクリュー圧縮機 Download PDF

Info

Publication number
JP6490793B2
JP6490793B2 JP2017506856A JP2017506856A JP6490793B2 JP 6490793 B2 JP6490793 B2 JP 6490793B2 JP 2017506856 A JP2017506856 A JP 2017506856A JP 2017506856 A JP2017506856 A JP 2017506856A JP 6490793 B2 JP6490793 B2 JP 6490793B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lubricant
squeeze film
film damper
rotor
bearing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017506856A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017523347A (ja
Inventor
ピリス,ジョセフ・ダブリュー
アーメントラウト,リチャード・ダブリュー
ティクセン,ホルガー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Johnson Controls Technology Co
Original Assignee
Johnson Controls Technology Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Johnson Controls Technology Co filed Critical Johnson Controls Technology Co
Publication of JP2017523347A publication Critical patent/JP2017523347A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6490793B2 publication Critical patent/JP6490793B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0021Systems for the equilibration of forces acting on the pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/14Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C18/16Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/24Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of counter-engagement type, i.e. the movement of co-operating members at the points of engagement being in opposite directions
    • F04C18/28Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of counter-engagement type, i.e. the movement of co-operating members at the points of engagement being in opposite directions of other than internal-axis type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/02Lubrication; Lubricant separation
    • F04C29/025Lubrication; Lubricant separation using a lubricant pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/023Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using fluid means
    • F16F15/0237Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using fluid means involving squeeze-film damping
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00Components
    • F04C2240/50Bearings
    • F04C2240/54Hydrostatic or hydrodynamic bearing assemblies specially adapted for rotary positive displacement pumps or compressors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2270/00Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/12Vibration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0007Injection of a fluid in the working chamber for sealing, cooling and lubricating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F16C17/026Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with helical grooves in the bearing surface to generate hydrodynamic pressure, e.g. herringbone grooves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0629Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a liquid cushion, e.g. oil cushion
    • F16C32/064Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a liquid cushion, e.g. oil cushion the liquid being supplied under pressure
    • F16C32/0644Details of devices to control the supply of liquids to the bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0629Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a liquid cushion, e.g. oil cushion
    • F16C32/064Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a liquid cushion, e.g. oil cushion the liquid being supplied under pressure
    • F16C32/0651Details of the bearing area per se
    • F16C32/0659Details of the bearing area per se of pockets or grooves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/106Details of distribution or circulation inside the bearings, e.g. details of the bearing surfaces to affect flow or pressure of the liquid
    • F16C33/107Grooves for generating pressure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
  • Support Of The Bearing (AREA)

Description

本発明は、回転スクリューの配置および減衰のための軸受および減衰流体、より詳細には、振動の減衰を提供するために減摩軸受(anti-friction bearing)と並列して回転スクリューおよびスクィーズフィルムダンパ(squeeze film damper)を正確に配置するためのラジアル軸受およびアキシャル軸受を使用する回転スクリュー圧縮機を対象とする。
[0001]回転スクリュー圧縮機は、多種多様な気体を圧縮するのに使用される。これらの圧縮機は、産業上の冷凍、および空気調節で使用される。それらはさらに、空気圧縮、および天然ガスなどの気体を圧縮することに使用される。これらの状況では、スクリュー圧縮機は、遠隔地に位置付けられる場合があり、最小限の修理点検で長期間、数週間あるいは数ヶ月にわたって稼働する必要があり得る。さらに、これらの圧縮機は、他の産業上の応用で多種多様な気体を圧縮するのにも使用される。
[0002]スクリュー圧縮機は、2軸スクリュー設計と呼ばれる、平行軸上の2つのロータを利用する場合がある、または1軸スクリュー圧縮機または1軸スクリュー設計である場合がある。2軸スクリュー設計は、一緒に回転する2つの適合する螺旋ロータ、雄ロータおよび雌ロータを使用する。1軸スクリュー設計は、通常ゲートロータと噛み合う1軸回転螺旋ロータを使用する。油噴射式スクリュー圧縮機型では、スクリュー圧縮機は、ロータの間、およびロータとシリンダとの間の隙間を塞ぐ油噴射を用いて作動する。潤滑剤はさらに、圧縮機を冷却するのを助ける。冷媒または気体と接触している潤滑剤は、使用される潤滑剤が、圧縮されている冷媒または気体との混和性を有する場合には、冷媒または気体を吸収する可能性があり、これは、しばしば問題である。
[0003]大型のスクリュー圧縮機は、特に3000馬力を超える高駆動力および高吐出圧力で駆動されるときに、振動過大に関する問題を経験してきた。この問題は、臨界速度近くでのロータ励振の結果、もたらされる場合がある。ロータ上に付与される力は、支持ハウジングの中にロータを配置するラジアル軸受およびアキシャル(スラスト)軸受を使用することにより抵抗を受ける。既存の軸受設計は、ロータ励振を回避するのに十分な減衰を提供しない場合がある。これらのラジアル軸受およびアキシャル軸受は、通常2つの基本的な型、流体軸受および減摩軸受を包含する。流体軸受または油膜型軸受は、スリーブ軸受またはジャーナル軸受を含む。これらの軸受は、精密なロータの配置を提供するものではなく、より高い摩擦によるパワー消費をもたらし、これは、結果的に、動作を制限する可能性がある温度上昇を引き起こす。これらの要因は、圧縮機の大きさが増すにつれて、悪化し、大型化した圧縮機の有用性を制限する。さらに、これらの軸受は、軸受に潤滑剤を供給するための専用の油ポンプを必要とする。玉軸受、円筒ころ型軸受、または円錐ころ軸受などの減摩軸受は、これらの問題を克服する。それらは、精密なロータの配置を望ましくは提供する。しかしながら、減摩軸受は、不都合なことに、流体軸受よりかなり低い相対減衰係数を呈する。ハウジングに対してロータの振動性の動きが発生する状況では、減摩軸受のもたらす、動きの相対的減衰は、ごくわずかである。減衰は、ロータの相対的な動きに抵抗する支持要素または減衰要素の中で生じる力である。抵抗力の大きさは、動きの速度に比例する。したがって、スクリュー圧縮機の大きさが増し、減衰力が増すにつれて、減摩軸受は、振動を減衰することにおいてますます効果的ではなくなる。これらの振動は、ローブ通過振動数、またはその高調波の1つのエネルギーによって励振される、臨界振動数の共振によって増幅される場合がある。このことは、ロータが、跳ね返ってハウジングと接触し、同時にスラスト軸受に荷重を加えるときに、雄ロータおよび雌ロータだけでなく、ロータハウジングにも損傷を与える結果となる可能性があり、その全ては、結果的に圧縮機へ損傷を与える可能性がある。
[0004]スクィーズフィルムダンパは、機械システムにおいて粘性減衰を提供するのに使用されてきた減衰装置である。これらのスクィーズフィルムダンパは、ジェットエンジンなどの回転機械の中で、上述の従来型の軸受と直列に使用されてきた。これらのスクィーズフィルムダンパは、構造的隔離を提供して、例えば不均衡に対するジェットエンジンロータ応答を低減する。しかしながら、従来型の軸受と直列に配置されるスクィーズフィルムダンパは、スクリュー圧縮機の中にロータを配置するために必要な精度を提供しないので、ジェットエンジンで利用されるようなスクィーズフィルムダンパは、スクリュー圧縮機では利用されてこなかった。そのようなシステム中の隙間は、動作の間、スクリューロータを精密に支持するのには大きすぎる。
[0005]求められているのは、共振効果が臨界振動数で限定されるように、ロータ振動を減衰させながら、一方で、ロータをハウジングの中で、かつ対合ロータに対して精密に配置することも同時に実現する、スクリュー圧縮機用の減衰機構である。
[0006]スクリュー圧縮機は、ロータの位置を半径方向および軸方向に維持するために、ラジアル軸受と、アキシャル軸受またはスラスト軸受とを利用し、さらに、ロータ振動を減衰させるために、減衰流体を利用することができる。スクリュー圧縮機には、多くの振動源がある。励振は、ロータまたは継手の不均衡、シャフト心ずれ、吐出ポート開口からの気体脈動、または通常の圧縮機動作の一部としての、圧縮区域への潤滑剤の噴射から生じる可能性がある。減衰流体は、圧縮の間、ロータの間、およびロータとハウジングとの間の隙間を塞ぐためにスクリュー圧縮機ですでに使用されている潤滑剤の形で都合よく提供され得る。減衰機構は、ロータに粘性減衰を提供するスクィーズフィルムダンパの中に都合よく含まれる。スクィーズフィルムダンパによって提供され得るような追加的な粘性減衰を導入することで、振動源に関係なく圧縮機振動の著しい低減をもたらすことができる。
[0007]スクリュー圧縮機では、スクィーズフィルムダンパは、既存の減摩軸受システムと連結して利用され、既存の減摩軸受と並列して使用される。スクィーズフィルムダンパ(SFD:Squeeze Film Damper)は、ロータハウジングの中で軸受とロータシャフトとの間に配置される。SFDが、既存の減摩軸受と、直列ではなく並列に置かれるので、隙間は、累積されない。SFDは、ダンパとしての機能を果たし、一方で、既存の減摩軸受が、ロータを適切に心合せした状態に維持するように作動する。
[0008]SFDは、スクリュー圧縮機の中にすでに存在する潤滑剤を利用するので、潤滑剤がダンパとしての用途に適するように、潤滑剤は、処理されなければならない。通常動作では、スクリュー圧縮機の中の潤滑剤は、潤滑剤が、前述した通りに隙間を塞ぐときに、冷媒または他の気体に接触し、潤滑剤は、さらに、圧縮機から熱を除去する。この潤滑剤はさらに、吐出圧力水準下にある油分離器の中で冷媒または他の気体を吸収する。したがって、減衰流体として効果的であるために、潤滑剤は、ダンパの中で泡が形成されることを回避するために、飽和圧力を下回る十分な過冷却状態でダンパに噴射されなければならないが、このことは、潤滑剤冷却器または潤滑剤加圧器の少なくとも1つを設けることによって、成し遂げられ得る。
[0009]スクリュー圧縮機の中の振動を減衰するためのシステムは、螺旋スクリューを有するロータと、ハウジングとであって、ロータが、ハウジングの中に載置される螺旋スクリューを有し、ロータが、第1の軸方向端部および第2の軸方向端部を備えたシャフトを有するロータと、ハウジングと、シャフトの各端部の近くでロータシャフト上に配置されるラジアル軸受であって、ラジアル軸受が、ロータをハウジングの中で第1の所定の隙間範囲に収まるように精密に配置する、ラジアル軸受と、ラジアル軸受と並列するスクィーズフィルムダンパ、すなわち、ラジアル軸受が、ハウジングの中で、シャフトの端部とスクィーズフィルムダンパとの間にあるように、ラジアル軸受に隣接して配置されるスクィーズフィルムダンパであって、フィルムダンパが、ラジアル軸受の第1の所定の隙間範囲より大きい、第2の所定の隙間範囲を有するスクィーズフィルムダンパと、ロータのシャフト上に載置される少なくとも1つのスラスト軸受であって、少なくとも1つのスラスト軸受が、ロータ上の軸方向力を減殺する、少なくとも1つのスラスト軸受と、潤滑剤源と、潤滑剤源からスクィーズフィルムダンパまでの導管と、潤滑剤源とスクィーズフィルムダンパとの間の冷却器および圧力ポンプの少なくとも1つであって、潤滑剤が、冷却されているもしくは加圧されている、または冷却されかつ加圧されている潤滑剤源から提供される、冷却器および圧力ポンプの少なくとも1つとを含み、スクィーズフィルムダンパに提供される潤滑剤が、粘性減衰をロータに付与しており、潤滑剤が、ロータシャフトとスクィーズフィルムダンパの壁との間のスクィーズフィルムダンパの中で第2の所定の許容差範囲を占有する。
[0010]スクィーズフィルムダンパは、主ダンパ本体と、主圧縮機ハウジングとダンパの主本体との間に減衰を提供する、主ダンパ本体の中に実質的に収納されている油/潤滑剤膜と、回転シャフトの半径方向振動性の動きを非回転主ダンパ本体に伝えるダンパ軸受とを備える。
[0011]この構成の利点は、回転ロータの振動を、ダンパ軸受を介して非回転ダンパへ伝えて、ロータの振動が、SFDの中の油/潤滑剤膜の作用で減衰されることである。ロータが回転して振動するときでさえ、潤滑剤が、ダンパ油膜の目が詰んだ隙間を通って、体積の一方の側からこの体積の他方の側まで圧搾されるので、ロータシャフトとスクィーズフィルムダンパの壁との間の第2の所定の許容差範囲のこの体積を占有する潤滑剤が、ロータシャフトが回転するときのロータシャフトのいかなる振動も減衰させる。振動が、減衰されずにロータを通じて、ラジアル軸受の中に著しく減衰されずに振動を伝達する程激しくなったときでさえ、スクィーズフィルムダンパの第2の所定の許容差範囲がラジアル軸受の第1の所定の許容差範囲より大きいので、振動が減衰されて、臨界励振(共振)振動数でロータ沿いに伝達されないように、潤滑剤の膜は、SFDの壁とロータとの間になおも存在している。
[0012]本発明の別の利点は、潤滑剤は、潤滑剤の中の溶解した何らかの気体によって形成される泡が、最小限に抑えられる、またはなくなるように、冷却された潤滑剤または加圧された潤滑剤としてSFDに提供されることである。振動ロータからの何らかの力が泡を形成し、または発生させ、減衰機構としての潤滑剤の効果を低減させる可能性があるので、潤滑剤の中に泡が存在することは、悪影響をもたらす可能性がある。
[0013]本発明の別の利点は、シャフトの振幅が増大するにつれて、SFDによる粘性減衰の効果も増大するように、SFDの粘性減衰の貢献は、シャフトの振動速度に比例することである。ロータおよびその軸受および支持物のばね/質量システムに減衰が加わることで、ロータの共振応答は大幅に低減され、システムの中の共振振動数の励振と関連するどのような振動も低減される。SFDの粘性減衰効果は、横向固有振動数を減衰させることを支援する。SFDは、あらゆるスクリュー圧縮機上で効果的であり得るが、それらは、共振の減衰が、他の手段では困難である、大型の、すなわち355mm以上のロータ直径を有する圧縮機での減衰固有振動数において最も効果的である。
[0014]減摩軸受を備えた大型スクリュー圧縮機におけるSFDのさらなる利点は、作動圧力が増したそのような圧縮機の適用範囲の大幅な改善である。その上、減摩軸受と連結して使用されるSFDは、流体軸受だけと先に関連付けられた減衰利点を提供しながら、修理点検の容易さと、許容差および隙間範囲の改善とをさらに提供する。
[0015]スクリュー圧縮機にSFDを適用することのさらなる利点は、可変速度適用において認められる。多くのスクリュー圧縮機は、容量制御の手段として、今日では、可変速駆動と共に適用される。しかしながら、速度を広範囲にわたって変化させることは、回転速度、ローブ通過の励振振動数およびローブ通過の高調波が、速度依存振動数の非常に広い範囲にわたる潜在的励振を提供することを意味する。SFDは、ロータ動作が、速度とより無関係であり得るように、複数のロータ圧縮機の中の1つまたは複数のロータの振動の何らかの臨界モードに近い可能性がある何らかの振動数のこの励振に対するロータの反応を低減させる。このことは、そのような速度および対応する振動数のロータ振動を低減させ、そうしない場合には、そのような速度および対応する振動数のロータ振動は、過剰なロータ振動が発生する動作の速度および対応する振動数をスキッピングすることによって、回避されなければならなくなる。
[0016]さらなる利点は、SFDが、スクリュー圧縮機の最大吐出圧力および/または入力パワーの増加を可能にし得ることである。スクリュー圧縮機では、振動限界以外の多くの他の特性が、吐出圧力およびパワーを制御し、ハウジング最大作動圧力、軸受寿命、駆動シャフト強度、およびロータ偏向が含まれるが、これらに限定されるわけではない。振動が限定要因になる場合には、吐出圧力およびパワー出力は、減衰せずに、減衰せずにより高い圧力で発生するかもしれないロータ固有振動数を励振させずに達成可能な水準を超えて100%まで増大され得ることが、大きな圧縮機、すなわち355mmのロータ直径を有する圧縮機では可能であり得る。吐出圧力の増大は、他の要因によって決まる可能性もあり、ロータ直径で変化する。吐出水準の増大は、そうした要因に応じて、通常5−50%、10−25%、または5−15%の範囲であり得る。
[0017]本発明の他の特徴および利点は、例として本発明の原理を説明する添付の図面と関連付けられた、好適な実施形態についての以下のより詳細な説明から明らかとなろう。
[0018]従来技術のスクリュー圧縮機組立体の断面図である。 [0019]図1のスクリュー圧縮機組立体に含まれ得るような2軸スクリュー圧縮機の部分断面図である。 [0020]ころ軸受と直列に配置されるスクィーズフィルムダンパの、SFDの動作原理を例証する斜視図および部分断面図である。 [0021]本発明による、スクリュー圧縮機ハウジングの中で円筒ころ軸受と並列に配置されるスクィーズフィルムダンパの、ロータを除去した状態の端面図描写である。 [0022]シャフトの動きが、油/潤滑剤をダンパの一方の側から他方の側まで押し進めるとき、潤滑剤がSFDの目が詰んだ隙間を通って圧搾されるので、ダンパが、振動に反応して、結果的に粘性減衰をもたらすときの、スクィーズフィルムダンパの中の潤滑剤の変位効果を示す略図である。 [0023]本発明のロータ本体に最も近い直径のSFDを適用することによって、雄ロータおよび雌ロータ上に引き起こされるスクィーズフィルムダンパの等価な減衰効果を示す図である。 [0024]ロータシャフトに関する本発明のスクィーズフィルムダンパ概念についての断面図である。 [0025]図7のスクィーズフィルムダンパ概念の部分断面図である。 [0026]心向きころ軸受に隣接するスクリュー圧縮機ハウジングの中に据え付けられた図7のスクィーズフィルムダンパ概念の断面図である。 [0027]図2のスクリュー圧縮機の中に据え付けられた4つのスクィーズフィルムダンパのセットの1つの位置の断面図である。 [0028]スクィーズフィルムダンパ接続と、スクィーズフィルムダンパに供給される潤滑剤の圧力を上げるのに使用されるポンプPとを含む、スクリュー圧縮機への潤滑剤接続を示す線図である。 [0029]スクィーズフィルムダンパ接続を示すスクリュー圧縮機の端面図である。 [0030]潤滑剤がスクィーズフィルムダンパに供給される前に、潤滑剤を冷却するための潤滑剤冷却器を含むスクィーズフィルムダンパ回路を示す図である。 [0031]潤滑剤がスクィーズフィルムダンパに供給される前に潤滑剤を冷却するための潤滑剤冷却器および潤滑剤の圧力を上げるための潤滑剤ポンプを含むスクィーズフィルムダンパ回路を示す図である。 [0032]フリック#13潤滑剤およびR−134a冷媒のシステムにおける冷凍吸収のさまざまなレベルで温度と圧力が泡形成に及ぼす影響を示すグラフである。 [0033]ダンパ軸受が、玉軸受型スラスト軸受であるスクィーズフィルムダンパを示す図である。 [0034]ダンパ軸受として予め組み込まれているアンギュラコンタクトスラスト軸受を利用するスクリュー圧縮機の中に据え付けられたスクィーズフィルムダンパを示す図である。
[0035]図1は、断面図で示される従来技術のスクリュー圧縮機組立体2を示す。組立体は、スクリュー圧縮機10と、スクリュー圧縮機10を駆動するモータ20と、油分離器30とを備える。圧縮機10からの圧縮された冷媒および潤滑剤は、スクリュー圧縮機10の吐出ポート12から導管22を通って油分離器30の中に吐き出され、油分離器30では、圧縮冷媒気体が、潤滑剤から切り離され、圧縮冷媒気体は、分離器吐出ポート36を通って吐き出され、一方で潤滑剤38は、凝集されて、沈下することができ、圧縮機10に再循環される。
[0036]図2は、2軸スクリュー圧縮機を示す、図1のスクリュー圧縮機10の部分断面図である。図2には、2軸スクリュー圧縮機が示されているが、当業者であれば認識されるように、スクリュー圧縮機10は、1軸スクリュー圧縮機または3軸スクリュー圧縮機であってもよい。これらの圧縮機設計は、振動に曝されるので、したがって、本発明の振動ダンパは、これらのスクリュー圧縮機構造のいずれにも適応できる。図面から明らかであり、かつ当業者であれば認識されるように、スクリュー圧縮機が効果的であるためには、部品同士の取付けが、重要であり、許容差は、厳しい。許容差を超えたいかなる振動も、ロータのスクリュー部分、軸受の1つまたは複数、および/または圧縮機ハウジングに損傷を引き起こす可能性があり、そのうちのいずれ1つが、圧縮機の運転停止につながる可能性がある。
[0037]図2の断面図では、2軸スクリューロータ40、42は、ラジアル軸受52、48、46によって各シャフトの両端部で支持されている。ラジアル軸受は、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、または玉軸受などの減摩軸受のどのような型であってもよい。さらに、減摩軸受は、潤滑剤膜型軸受と置き換えることもでき、逆もまた同様である。油膜型軸受が、より精密なロータ配置を提供することから、減摩軸受は、有利なことに、流体、油膜型軸受より優るある種の利点を提供するが、これは、スクリュー圧縮機にとって重要な考慮点である。さらに、減摩軸受が、摩擦によるパワー消費よりも失うパワーが少ないので、減摩軸受は、より効率的である。減摩軸受は、油供給の中断または喪失がある場合には、通常、潤滑剤を提供するための専用の潤滑剤ポンプの使用を必要とせずに、流体軸受より長寿命を有し、スリーブ型流体軸受より高い温度で効果的に作動することができる。減摩軸受は、流体軸受より低い相対減衰係数という不利点を有し、これは、振動が、問題である場合には、不利点であり、これは、スクリュー圧縮機で起こることもある。さらに、図2には、動作の間、冷媒が圧縮されるとき、潤滑させ、ロータの間の隙間を塞ぐために、油分離器から潤滑剤を提供する導管50が示される。さらに、スラスト軸受44が、軸方向力に抵抗するためのロータまたはスクリューのシャフトと関連付けて示される。先に留意したように、スラスト軸受は、流体軸受または減摩軸受であってもよい。
[0038]本発明は、スクリュー圧縮機への損傷を回避するために、スクリュー圧縮機の中で、シャフト軸受と並列した減衰装置を利用して、スクリュー圧縮機振動に関する減衰を提供する。減衰装置は、シャフト軸受のいずれと共に使用されてもよいが、減衰装置が、ダンパのない減摩軸受の固有の減衰能力よりも、はるかに優れた減衰能力を提供しながら、一方で、減摩軸受によって提供されるシャフト心合せの精度を保持するので、減摩軸受と共に使用されれば好ましい。本明細書で用いられるシャフト軸受と並列な減衰装置間の違いを理解するために、減衰装置、すなわち図3aの断面図に示す玉軸受などの、シャフト軸受と直列に載置されるスクィーズフィルムダンパ(SFD)を示す図3について言及する。図示されるように、スクリュー圧縮機のロータまたはシャフト300は、玉軸受302などの減摩軸受の中に載置されている。さらに、玉軸受は、SFD304の中に載置されている。SFD304は、軸頚306、外側ハウジング308、および外側ハウジング308と軸頚306との間の体積に供給される潤滑剤を含む。回転防止ピン312は、軸頚306が外側ハウジング308に対して相対的に回転することを防止するために、軸受の軸頚306を外側ハウジング308に係止する。潤滑剤は、潤滑剤入口310(図3bおよび図3c)を用いて体積の中に入れられ、これが、体積の中で潤滑剤の膜を維持する。シャフト300および軸受302が回転するとき、軸受は、どのような振動性の半径方向の動きも回転シャフトから軸頚306に伝える。軸頚306の半径方向の動きは、潤滑剤304を外側ハウジング308と軸頚306との間の体積の範囲内で圧搾する。密封部314(図3c)は、潤滑剤をこの体積の範囲内に維持することを支援する。潤滑剤は、シャフト300のどのような過剰な振動も減衰させるように作用するが、シャフト300、玉軸受302、シャフト/軸受の組合せ、およびSFDの間の許容差または隙間は、積み重なる、すなわち累積する。したがって、スクリューシャフト300の位置は、シャフト300と玉軸受302との間の隙間だけではなく、さらにシャフト/玉軸受組立体とSFDとの間の隙間または許容差によっても変動する可能性がある。振動に曝されたときに、シャフトが動かすことのできる半径方向距離が増大するので、このように積み重なることは、スクリュー圧縮機では望ましくない。このことは、軸受が損傷する可能性を低減する場合もあるが、激しい振動下のこの運動が、やはり、ロータへの損傷を引き起こす可能性がある。ラジアル軸受の動作および設計について先に描写して説明しているが、当業者であれば認識されるように、スクリュー300の螺旋設計が原因で、スラスト軸受に対する類似の直列配置に因って許容差が積み重なることで、結果的には、軸方向に位置がずれたときに、さらにスクリューを損傷することになる可能性がある。
[0039]図4は、本発明をよりよく説明するために、圧縮機スクリューを図示していない状態の、減摩軸受と並列に配置される本発明の減衰装置を示す。図4では、減摩ラジアル軸受、例えば示しているような円筒ころ軸受444は、SFD404と並列に、すなわち軸方向に隣接して配置されている。図示しているようなSFD404のダンパ軸受の軸頚406は、可視的である。SFD404の内径は、組付けおよび取外しを容易にするために、円筒ころ軸受444の内径よりわずかに大きくなっている。図4には示していないロータシャフトとSFD404との間の隙間は、ロータシャフトと円筒軸受444との間の隙間よりわずかに大きい。潤滑剤の薄膜は、シャフトの振動を減衰させるために、SFD404に設けられ、これが、ロータシャフトが、ころ軸受の中で、ころ軸受444に接触して振動する可能性がある最も激しい振動下で、潤滑剤の薄膜は、ロータハウジングと軸頚406との間にとどまって、ハウジングとスクリュー圧縮機の他方のロータまたはスクリューとの間の隙間が、振動によって低減される、またはなくなるので、軸受の間でロータへの損傷を防止するように、これらの振動の減衰を提供することを保証する。減衰は、振動、すなわち周期的な半径方向のスクリューの運動によって、隙間の損失を最小限に抑える。SFD404による減衰は、さらに、軸受で、または軸受に接触して作用する振動と関連付けられる力の振幅を縮小し、そうしない場合には、軸受損傷が生じる可能性がある。例えば、SFD404が、0.0254センチメートル(0.010インチ(10ミル))の隙間を有する場合には、軸受444は、0.0127センチメートル(0.005インチ(5ミル))の隙間を有し、その場合、SFD404は、軸受444より0.0127センチメートル(5ミル)大きい隙間を有する。したがって、激しい振動下で、ロータシャフトが振動する場合、シャフトが経験するどのような振動も減衰させる減衰を提供する油/潤滑剤膜によって占有されたSFDには、それでもなお、半径方向に最低でも0.00635センチメートル(0.0025インチ(2.5ミル))の隙間が存在する。スクリュー圧縮機のロータシャフトがこの隙間の中に移動するときでさえ、軸頚内の潤滑剤は、ロータシャフトが、全体で0.00635センチメートル(2.5ミル)の隙間を通って移動することを防止し、一方で、スクリューの周期的な動き、すなわち振動を減衰させて、軸受444、ならびに隣接するハウジングまたはスクリューへの影響を低減する。このことは、ロータが、絶対変位が少ない状態で動作することを可能にする。設けられた隙間は、圧縮機の中のロータの大きさによって変化するので、これらの例示的な数は、制限的ではない。したがって、この場合には、SFDとロータとの隙間は、ラジアル軸受とロータとの隙間の1倍半である。しかしながら、隙間は、軸受への損傷を防止しながら、ロータの周期振動を減衰するのに十分でなければならず、ロータの周期振動の減衰が、軸受に損傷を与えることなく達成されるのであれば、SFDは、ラジアル軸受の隙間の105%から最大で150%の大きさの隙間を有することができる。SFDの減衰効果は、隙間許容差をロータ上でより小さくすることができる。隙間が低減されることは、ひいては、ねじ山の間からの気体漏れがより少なくなることを意味し、結果的に、吸込側に戻る漏れが少なくなる。結果的に、性能と効率が高くなる。SFDは、結果的に、断熱効率が最大で5%高くなり得る。
[0040]図5は、SFDと相互作用する1つのロータのシャフトに関する概念をさらに図示する。図5は、SFDの中のロータシャフトの断面図である。ロータシャフト500が回転するとき、ロータシャフト500は、垂直の線で図示される方向の振動を呈する可能性があるが、振動は、任意の方向に発生する可能性がある。通常状態の下では、均等な体積の潤滑剤が、シャフトを取り囲む。シャフトが回転すると共に振動するので、ダンパ隙間の中の潤滑剤538は、SFDの一方の側から他方の側に圧搾される。潤滑剤は、振動を和らげると共に減衰する。減衰は、ここではロータまたはスクリューである、構造物の相対的な動きに抵抗する支持要素または減衰要素によって生じる反力であり、減衰要素によって提供された抵抗力の大きさは、ここでは、図5の矢印の方向に動くロータまたはスクリューである、構造物の動きの速度に比例する。本明細書で使用される場合、ロータ、シャフト、またはスクリューは全て、スクリュー圧縮機の中の同じ回転構造物を指す。
[0041]図6は、SFD604によって提供される減衰効果を図示する。SFD604は、緩衝器としての機能を果たす。図6では、SFD604は、任意の方向の任意のロータ振動に対して抵抗力を生成する2軸スクリューシステムの各ロータ640、642上で緩衝器としての機能を果たす。SFD604は、それらが荷重を支持していないので、先に記載した流体軸受などの軸受ではない。SFD604は、半径方向の動きを引き起こす振動の減衰を提供するに過ぎない。さらにSFDは、軸方向の動きを引き起こす振動を減衰するスラスト軸受に対して並列に配置されて提供され得ることを理解されたい。
[0042]図7、図8、および図9は、SFD概念をさらに説明する。図7は、ロータシャフトの位置に関連する主な特徴を図示するSFDの断面図を開示する。図7に示しているのは、潤滑剤供給ポート754の1つ、ならびに供給ポート754、ダンパ軸受747、密封部714の両側のスクィーズフィルム744である。図8は、同様に、密封部814、潤滑剤供給ポート854、供給ポートの両側にあるスクィーズフィルム油/潤滑剤838、844、ダンパ軸受847、および回転防止ピン812を示す断面で、SFD804の実施形態を図示する。図9は、心向きころ軸受934と、圧縮機ハウジング956を通って延在しており、油分離器吐出ポート(図示せず)および供給ポート954と連通する潤滑剤導管950と、ロータ940の1つとに関連してSFD904を示しており、供給ポート954は、供給ポート954の両側上のスクィーズフィルム潤滑剤938、944をSFD904およびダンパ軸受947の軸頚まで提供する。
[0043]図10は、図2で説明したスクリュー圧縮機ハウジングなどのスクリュー圧縮機ハウジングの中のラジアル軸受に隣接して据え付けられるSFD1004のセットを図示する。この実施形態では、ころ軸受1044、1046などのラジアル軸受は、ロータシャフト1000の端部とSFD1004との間に据え付けられる。
[0044]図11は、潤滑剤流をスクリュー圧縮機1010に提供するための構成を図示する。油供給ヘッダ1157は、提供されたときに、油分離器および油ポンプ1154からの油を提供する。スクリュー用の潤滑剤流のための主流入口1151は、スクリュー間の体積を密封するために、圧縮機の通常動作用の潤滑剤を提供する。油/潤滑剤入口1150は、SFDに潤滑剤を提供する。油/潤滑剤入口1153は、スクリュー圧縮機の中の潤滑を必要とする他の構成要素に潤滑剤を提供する。図12は、油/潤滑剤入口1153および1150を示す一方の端部からスクリュー圧縮機ハウジングを描写している。
[0045]ラジアル軸受およびスラスト軸受などの軸受に供給される潤滑剤は、圧縮機動作の間、気体または冷媒と接しており、混和性潤滑剤は、気体または冷媒を吸収する可能性がある。圧縮機の動作の間、潤滑剤の中に溶解した気体または冷媒は、圧縮機に供給されている潤滑剤の圧力降下の結果、気体または冷媒が泡を形成するので、泡立ちを引き起こす可能性がある。油分離器30は、潤滑剤を冷媒から分離して、泡立ちを最小限に抑える。言うまでもなく、泡立ちは、潤滑剤の望ましい特性ではない一方で、潤滑剤が、ダンパとしての機能を果たしながら減衰機能を実行するので、泡立ちは、SFDでは許容できない。軽微であっても振動に由来する力に曝されるときに、泡が容易につぶれるので、泡の存在は、減衰機能を妨げる。したがって、ダンパとして効果的であるためには、SFDに供給される潤滑剤は、泡を形成する傾向を低減させるように処理されなければならない。
[0046]ここで、図13〜図15を参照する。図15は、潤滑剤および冷媒の1つの組合せに関して、温度と圧力の泡形成への影響を示す図表である。挙動を図15に示している潤滑剤/冷媒の組合せは、フリック#13潤滑剤などのポリオールエステル油を、R−134a冷媒などのヒドロフルオロカーボン(HFC:Hydrofluorocarbon)冷媒と共に使用することである。当業者であれば、他の潤滑剤/冷媒の組合せを使用してもよいことを認識されよう。図15の図表は、潤滑剤と冷媒の関係の典型を示しており、他の組合せも同様に作用する。図表が示すように、潤滑剤の圧力を上げると、圧力が上昇したことで、潤滑剤が、溶液中の冷媒をより高い濃度に保つことを可能にするので、泡の形成が減少する。さらに、潤滑剤と冷媒の組合せの温度を下げると、同様に泡の形成が低減する。この理由は、温度が低下すると、潤滑剤は、溶液中の吸収された冷媒をより高い割合に保つことが可能であるからである。両方の事例では、潤滑剤/冷媒混合物は、泡立ち点(bubble point)温度を下回って過冷却される、または圧力が泡立ち点圧力を下回って上昇され、これは、本明細書において、泡立ち点温度を下回る、または泡立ち点圧力を上回るときに起こるような、冷媒が溶解した状態を維持する限り、特定の割合で冷媒が吸収されている、冷媒/潤滑剤の組合せに関して、泡が形成される温度と圧力として画定されており、泡形成が抑制されている。過冷却されたおよび/または加圧された潤滑剤/冷媒混合物は、SFDに供給されることができ、SFDでは、その混合物は、混合物の泡形成が始まる泡立ち点に再び達する前に、追加的な圧力降下または加熱を被ることができる。したがって、スクリュー圧縮機の中のSFDによって効果的に粘性減衰を提供するために、潤滑剤がSFDに供給される前に、潤滑剤を処理する必要がある。
[0047]上述のように、潤滑剤は、油分離器30からSFDに提供されることができ、SFDが、システムのすでに利用可能な、圧縮機動作に使用されている油を利用することが可能になる。しかしながら、代替案は、SFDに専用の潤滑剤供給部を設けることであり、この代替案は、SFDを可能な限り最大限に密封することと、密封されたシステムで潤滑剤を再循環することとを必要とする。しかしながら、密封された場合でも、加圧冷媒気体は、密封されたシステムの中に同様に浸潤することができる。
[0048]潤滑剤をSFDに提供するのに使用されるシステムにかかわらず、潤滑剤を処理する必要がある。図13を次に参照すると、潤滑剤がSFD供給ポートに提供され得る前に、潤滑剤冷却器1370が、導管50の間に差し挟まれている。潤滑剤内の冷媒は、それがシステムを通って循環されるときに、泡を形成する。潤滑剤冷却器1370は、潤滑剤1372の源とSFD供給ポート1354との間の導管50に配置される。潤滑剤冷却器1370は、潤滑剤をSFD1304に提供する前に、潤滑剤の温度を、泡立ち点温度を下回る、潤滑剤における泡の形成を最小限に抑えるまたはなくすのに十分な温度まで低下させる。さらに、図13に示されているのは、SFDに供給される潤滑剤を濾過し、潤滑剤の中に蓄積する可能性があるどのような汚れ、金属屑、または他の破片も除去するフィルタ1374である。
[0049]図14は、泡形成が低減される、または防止されるように十分に潤滑剤の圧力を上昇させる潤滑剤ポンプ1480をさらに含んでいることを除いて、図13と類似する。好ましくは、潤滑剤冷却器1470および潤滑剤ポンプ1480の両方は、潤滑剤を処理するために潤滑剤をSFDに提供する前に設けられる。これは、スクリュー圧縮機の動作によって、ロータシャフトに誘発され得る振動を粘性減衰するのにより効果的な減衰流体を提供する。
[0050]図16は、スラスト軸受近くの半径方向振動を減衰させるために、スクリュー圧縮機と連結して使用されることができるスクィーズフィルムダンパ1690を図示し、スラスト軸受は、シャフトの半径方向運動をSFDに伝えるダンパ軸受としての機能を果たす。図17は、図10に示すようなロータを図示しており、追加的に、スラスト軸受で半径方向励振を減衰させるためにスラスト軸受52と共に組み立てられたスクィーズフィルムダンパ1690を含んでいる。
[0051]本発明について、好適な実施形態を参照しながら説明してきたが、当業者であれば理解されるように、本発明の範囲から逸脱しない限り、さまざまな変更を加えることができ、等価物をその要素と置き換えることもできる。さらに、本発明の本質的な範囲を逸脱しない限り、特定の状況または材料を本発明の教示に適応させるように多くの修正を加えることもできる。したがって、本発明は、本発明を実行するために想定される最良の形態として開示された特定の実施形態に、限定されるものではなく、本発明が、添付の特許請求の範囲に入るあらゆる実施形態を含むことが意図されている。
以上説明したように、本発明は以下の形態を有する。
[形態1]
スクリュー圧縮機の中で振動を減衰するためのシステムであって、
圧縮機ハウジングと、
前記ハウジングに載置される螺旋スクリューをさらに備える少なくとも1つのロータであって、前記ロータが、第1の軸方向端部および第2の軸方向端部を備えたシャフトを有する、少なくとも1つのロータと、
前記シャフトの各端部の近くに配置されるラジアル軸受であって、前記ラジアル軸受が、前記少なくとも1つのロータをハウジングの中で半径方向に第1の所定の隙間範囲に収まるように精密に配置する、ラジアル軸受と、
前記ラジアル軸受のそれぞれと並列に、前記ラジアル軸受に隣接して配置される定置スクィーズフィルムダンパであって、前記スクィーズフィルムダンパが、前記ラジアル軸受と前記ロータとの前記第1の所定の隙間範囲より大きい第2の所定の内部隙間範囲を有する、定置スクィーズフィルムダンパと、
流体軸受および減摩軸受で構成される軸受の群から選択されるダンパ軸受であって、前記ダンパ軸受が、前記ロータシャフトの半径方向運動を前記スクィーズフィルムダンパに伝える、ダンパ軸受と、
前記ロータの前記シャフト上に載置される少なくとも1つのスラスト軸受であって、前記少なくとも1つのスラスト軸受が、前記ロータ上の軸方向力を減殺する、少なくとも1つのスラスト軸受と、
潤滑剤源と、
前記源から前記ダンパのそれぞれまで潤滑剤を提供する、前記潤滑剤源から前記スクィーズフィルムダンパのそれぞれまでの導管と、
前記潤滑剤源と前記スクィーズフィルムダンパとの間の冷却器および圧力ポンプの少なくとも1つであって、前記潤滑剤源から提供される前記潤滑剤は、その泡立ち点未満に維持される、冷却器および圧力ポンプの少なくとも1つとを備え、
前記スクィーズフィルムダンパに提供される前記潤滑剤が、前記少なくとも1つのロータの周期的な半径方向の動きの粘性減衰を提供し、前記潤滑剤が、前記ロータと前記スクィーズフィルムダンパの壁との間の前記スクィーズフィルムダンパの中で前記第2の所定の許容差範囲を占有する、システム。
[形態2]
前記ラジアル軸受が、前記シャフトの前記端部と前記スクィーズフィルムダンパとの間に配置される、形態1に記載のシステム。
[形態3]
前記ラジアル軸受が、減摩軸受である、形態1に記載のシステム。
[形態4]
前記潤滑剤源が、スクリュー圧縮機油分離器である、形態1に記載のシステム。
[形態5]
前記潤滑剤が、圧縮機潤滑剤である、形態4に記載のシステム。
[形態6]
前記潤滑剤および前記潤滑剤源が、前記スクィーズフィルムダンパと直列になっている閉鎖システムであり、前記潤滑剤源が、前記スクィーズフィルムダンパに潤滑剤を供給することに専従する、形態1に記載のシステム。
[形態7]
複数のスクィーズフィルムダンパを含み、前記スクィーズフィルムダンパが、各ロータの両端部上に位置付けられる、形態1に記載のシステム。
[形態8]
冷媒をさらに含み、前記冷媒が、前記潤滑剤に溶ける、形態1に記載のシステム。
[形態9]
前記潤滑剤が、ポリオールエステル油であり、前記冷媒が、ヒドロフルオロカーボン流体である、形態8に記載のシステム。
[形態10]
前記HFC冷媒が、R−134a冷媒である、形態9に記載のシステム。
[形態11]
前記潤滑剤源と前記スクィーズフィルムダンパとの間に配置される前記冷却器が、冷媒が前記潤滑剤の中で溶解した状態を維持する、泡立ち点温度を下回る温度で潤滑剤を前記スクィーズフィルムダンパに提供し、泡の形成を最小限に抑える、形態1に記載のシステム。
[形態12]
前記潤滑剤源と前記スクィーズフィルムダンパとの間に配置される前記圧力ポンプが、冷媒が前記潤滑剤の中で溶解した状態を維持する、泡立ち点圧力を上回る圧力で潤滑剤を前記スクィーズフィルムダンパに提供し、泡の形成を最小限に抑える、形態1に記載のシステム。
[形態13]
前記潤滑剤源と前記スクィーズフィルムダンパとの間に配置される潤滑剤冷却器と、前記潤滑剤源と前記スクィーズフィルムダンパとの間に配置される圧力ポンプとを両方含み、前記圧力ポンプおよび前記潤滑剤冷却器が、潤滑剤を、泡立ち点温度を下回る温度および泡立ち点圧力を上回る圧力で前記スクィーズフィルムダンパに提供する、形態1に記載のシステム。
[形態14]
前記スクィーズフィルムダンパの前記第2の所定の隙間範囲が、前記隣接するラジアル軸受の前記第1の所定の隙間範囲より大きく、前記隣接する軸受への損傷を防止しながら、前記ロータの半径方向運動を減衰するのに十分である、形態1に記載のシステム。
[形態15]
前記スクィーズフィルムダンパが、前記隣接するラジアル軸受の前記ロータとの隙間の105%〜150%の範囲の大きさの隙間を有する、形態14に記載のシステム。
[形態16]
前記潤滑剤源と前記スクィーズフィルムダンパとの間に配置されるフィルタをさらに含み、前記フィルタが、前記潤滑剤が前記スクィーズフィルムダンパに供給される前に、前記潤滑剤内の汚れ、金属屑、および破片を除去する、形態1に記載のシステム。
[形態17]
前記スクィーズフィルムダンパが、スクリュー圧縮機動作の間、荷重を支持していない、形態1に記載のシステム。
[形態18]
スラスト軸受で前記ロータシャフトの前記軸方向の振動を減衰させる前記スラスト軸受と並列に配置されるスラスト軸受スクィーズフィルムダンパをさらに含む、形態1に記載のシステム。
[形態19]
圧縮機の中でロータを支持するための軸受システムであって、
前記ロータとの第1の所定の隙間範囲を有する減摩ラジアル軸受と、
前記ロータの軸に沿って前記ラジアル軸受と並列に配置される減衰装置であって、前記減衰装置が、前記ロータとの第2の所定の隙間を有する、減衰装置とを備え、
前記減衰装置と前記ロータとの前記第2の所定の隙間が、前記減摩ラジアル軸受と前記ロータとの前記第1の所定の隙間より大きく、
前記減衰装置が、
軸頚と、
ダンパ軸受と、
潤滑剤源と、
潤滑剤を前記源から前記軸頚に提供する導管とをさらに含み、
前記潤滑剤が、前記軸頚とハウジングとの間に薄膜を形成する、軸受システム。
[形態20]
前記減衰装置が、前記軸頚の中に潤滑剤を保持する密封部をさらに含む、形態19に記載の軸受システム。

Claims (20)

  1. スクリュー圧縮機の中で振動を減衰するためのシステムであって、
    圧縮機ハウジングと、
    前記圧縮機ハウジングに載置される螺旋スクリューをさらに備える少なくとも1つのロータであって、前記少なくとも1つのロータが、第1の軸方向端部および第2の軸方向端部を備えたシャフトを有する、少なくとも1つのロータと、
    前記シャフトの各端部の近くに配置されるラジアル軸受であって、前記ラジアル軸受が、前記少なくとも1つのロータを前記圧縮機ハウジングの中で半径方向に第1の所定の隙間範囲に収まるように精密に配置する、ラジアル軸受と、
    前記ラジアル軸受のそれぞれと並列に、前記ラジアル軸受に隣接して配置される定置スクィーズフィルムダンパであって、前記定置スクィーズフィルムダンパが、前記ラジアル軸受と前記少なくとも1つのロータとの前記第1の所定の隙間範囲より大きい第2の所定の隙間範囲を有する、定置スクィーズフィルムダンパと、
    前記定置スクィーズフィルムダンパのダンパ軸受であって、流体軸受および減摩軸受で構成される軸受の群から選択されるダンパ軸受であって、前記ダンパ軸受が、前記シャフトの半径方向運動を前記定置スクィーズフィルムダンパに伝える、ダンパ軸受と、
    前記少なくとも1つのロータの前記シャフト上に載置される少なくとも1つのスラスト軸受であって、前記少なくとも1つのスラスト軸受が、前記少なくとも1つのロータ上の軸方向力を減殺する、少なくとも1つのスラスト軸受と、
    潤滑剤源と、
    前記潤滑剤源から前記定置スクィーズフィルムダンパまで潤滑剤を提供する、前記潤滑剤源から前記定置スクィーズフィルムダンパまでの導管と、
    前記潤滑剤源から前記定置スクィーズフィルムダンパへの前記潤滑剤の流れに関して、前記潤滑剤源の下流側で前記定置スクィーズフィルムダンパの上流側の冷却器および圧力ポンプの少なくとも1つであって、前記潤滑剤源から提供される前記潤滑剤は、その泡立ち点未満に維持される、冷却器および圧力ポンプの少なくとも1つとを備え、
    前記定置スクィーズフィルムダンパに提供される前記潤滑剤が、前記少なくとも1つのロータの周期的な半径方向の動きの粘性減衰を提供し、前記潤滑剤が、前記少なくとも1つのロータと前記定置スクィーズフィルムダンパの壁との間の前記定置スクィーズフィルムダンパの中で前記第2の所定の隙間範囲を占有する、システム。
  2. 前記ラジアル軸受が、前記シャフトの前記第1の軸方向端部と前記定置スクィーズフィルムダンパとの間に配置される、請求項1に記載のシステム。
  3. 前記ラジアル軸受が、減摩軸受である、請求項1に記載のシステム。
  4. 前記潤滑剤源が、スクリュー圧縮機油分離器である、請求項1に記載のシステム。
  5. 前記潤滑剤が、圧縮機潤滑剤である、請求項4に記載のシステム。
  6. 前記潤滑剤および前記潤滑剤源が、前記定置スクィーズフィルムダンパと直列になっている閉鎖システムであり、前記潤滑剤源が、前記定置スクィーズフィルムダンパに潤滑剤を供給することに専従する、請求項1に記載のシステム。
  7. 複数の定置スクィーズフィルムダンパを含み、前記複数の定置スクィーズフィルムダンパが、前記少なくとも1つのロータの前記第1の軸方向端部と前記第2の軸方向端部との両方の上に位置付けられる、請求項1に記載のシステム。
  8. 冷媒をさらに含み、前記冷媒が、前記潤滑剤に溶ける、請求項1に記載のシステム。
  9. 前記潤滑剤が、ポリオールエステル油であり、前記冷媒が、ヒドロフルオロカーボン(HFC)流体である、請求項8に記載のシステム。
  10. 前記HFC冷媒が、R−134a冷媒である、請求項9に記載のシステム。
  11. 前記潤滑剤源から前記定置スクィーズフィルムダンパへの前記潤滑剤の前記流れに関して、前記潤滑剤源の下流側で前記定置スクィーズフィルムダンパの上流側に配置される前記冷却器が、冷媒が前記潤滑剤の中で溶解した状態を維持する、泡立ち点温度を下回る温度で潤滑剤を前記定置スクィーズフィルムダンパに提供し、泡の形成を最小限に抑える、請求項1に記載のシステム。
  12. 前記潤滑剤源から前記定置スクィーズフィルムダンパへの前記潤滑剤の前記流れに関して、前記潤滑剤源の下流側で前記定置スクィーズフィルムダンパの上流側に配置される前記圧力ポンプが、冷媒が前記潤滑剤の中で溶解した状態を維持する、泡立ち点圧力を上回る圧力で潤滑剤を前記定置スクィーズフィルムダンパに提供し、泡の形成を最小限に抑える、請求項1に記載のシステム。
  13. 前記潤滑剤源から前記定置スクィーズフィルムダンパへの前記潤滑剤の前記流れに関して、前記潤滑剤源の下流側で前記定置スクィーズフィルムダンパの上流側に配置される前記冷却器と、前記潤滑剤源の下流側で前記スクィーズフィルムダンパの上流側に配置される前記圧力ポンプとを両方含み、前記圧力ポンプおよび前記冷却器が、潤滑剤を、泡立ち点温度を下回る温度および泡立ち点圧力を上回る圧力で前記定置スクィーズフィルムダンパに提供する、請求項1に記載のシステム。
  14. 前記定置スクィーズフィルムダンパの前記第2の所定の隙間範囲が、隣接するラジアル軸受の前記第1の所定の隙間範囲より大きく、前記隣接するラジアル軸受への損傷を防止しながら、前記少なくとも1つのロータの半径方向運動を減衰するのに十分である、請求項1に記載のシステム。
  15. 前記定置スクィーズフィルムダンパ前記第2の所定の隙間範囲が、前記隣接するラジアル軸受の前記少なくとも1つのロータとの前記第1の所定の隙間範囲の105%〜150%の範囲である、請求項14に記載のシステム。
  16. 前記潤滑剤源から前記定置スクィーズフィルムダンパへの前記潤滑剤の前記流れに関して、前記潤滑剤源の下流側で前記定置クィーズフィルムダンパの上流側に配置されるフィルタをさらに含み、前記フィルタが、前記潤滑剤が前記定置スクィーズフィルムダンパに供給される前に、前記潤滑剤内の汚れ、金属屑、および破片を除去する、請求項1に記載のシステム。
  17. 前記定置スクィーズフィルムダンパが、スクリュー圧縮機動作の間、荷重を支持していない、請求項1に記載のシステム。
  18. 少なくとも1つのスラスト軸受で前記シャフトの前記軸方向の振動を減衰させる前記少なくとも1つのスラスト軸受と並列に配置されるスラスト軸受スクィーズフィルムダンパをさらに含む、請求項1に記載のシステム。
  19. 圧縮機の中でロータを支持するための軸受システムであって、
    前記ロータとの第1の所定の隙間範囲を有する減摩ラジアル軸受と、
    前記ロータの軸に沿って前記減摩ラジアル軸受と並列に配置されるスクィーズフィルムダンパであって、前記スクィーズフィルムダンパが、前記ロータとの第2の所定の隙間を有する、スクィーズフィルムダンパとを備え、
    前記スクィーズフィルムダンパと前記ロータとの前記第2の所定の隙間が、前記減摩ラジアル軸受と前記ロータとの前記第1の所定の隙間より大きく、
    前記スクィーズフィルムダンパが、
    軸頚と、
    ダンパ軸受と、
    潤滑剤源と、
    潤滑剤を前記潤滑剤源から前記軸頚に提供する導管であって、前記潤滑剤が、前記軸頚とハウジングとの間に薄膜を形成する、導管と、
    前記潤滑剤源から前記スクィーズフィルムダンパへの前記導管に沿った前記潤滑剤の流れに関して、前記潤滑剤源の下流側で前記スクィーズフィルムダンパの上流側の冷却器および圧力ポンプの少なくとも1つであって、前記潤滑剤源から提供される前記潤滑剤は、その泡立ち点未満に維持される、冷却器および圧力ポンプの少なくとも1つと、をさらに含む、
    軸受システム。
  20. 前記スクィーズフィルムダンパが、前記軸頚の中に潤滑剤を保持する密封部をさらに含む、請求項19に記載の軸受システム。
JP2017506856A 2014-08-08 2015-08-07 振動低減のために粘性減衰を利用する回転スクリュー圧縮機 Active JP6490793B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462035104P 2014-08-08 2014-08-08
US62/035,104 2014-08-08
PCT/US2015/044133 WO2016022875A2 (en) 2014-08-08 2015-08-07 Rotary screw compressors utilizing viscous damping for vibration reduction

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017523347A JP2017523347A (ja) 2017-08-17
JP6490793B2 true JP6490793B2 (ja) 2019-03-27

Family

ID=55264774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017506856A Active JP6490793B2 (ja) 2014-08-08 2015-08-07 振動低減のために粘性減衰を利用する回転スクリュー圧縮機

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9856876B2 (ja)
EP (1) EP3177840B1 (ja)
JP (1) JP6490793B2 (ja)
CN (1) CN107076204B (ja)
TW (1) TWI600833B (ja)
WO (1) WO2016022875A2 (ja)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6369194B2 (ja) * 2014-07-23 2018-08-08 株式会社ジェイテクト 電動ポンプユニット
CN205937114U (zh) 2016-08-02 2017-02-08 江森自控空调冷冻设备(无锡)有限公司 一种阳转子对称布置的螺杆压缩机
US11041495B2 (en) * 2017-12-19 2021-06-22 Ingersoll-Rand Industrial U.S., Inc. Positive displacement compressor and damper bearing system
CN108131421A (zh) * 2017-12-27 2018-06-08 哈尔滨广瀚燃气轮机有限公司 一种具有异型小孔的弹性环式挤压油膜阻尼器
CN109138984A (zh) * 2018-11-20 2019-01-04 兰州理工大学 一种能提高随钻测井仪抗振性的减振装置
DK3921555T3 (da) 2019-02-07 2023-10-16 Gea Process Eng A/S Roterende leje med en dæmper, en motor og en roterende forstøver omfattende sådan leje, og anvendelse af sådan leje
CN110735857B (zh) * 2019-10-29 2021-06-29 葛军 一种阻尼可调轴承
EP4150215A4 (en) * 2020-05-13 2024-06-05 Johnson Controls Tyco IP Holdings LLP DAMPING SYSTEM FOR COMPRESSOR
CN114810892B (zh) * 2021-01-28 2024-04-05 中国航发商用航空发动机有限责任公司 挤压油膜阻尼器和航空发动机
CN114632693B (zh) * 2022-05-23 2022-08-09 河南省四季青生态农业有限公司 一种农作物种子精选装置
CN115789085B (zh) * 2023-02-20 2023-04-25 天津飞旋科技股份有限公司 一种箔片动压空气轴承及轴系
CN117365946A (zh) * 2023-10-13 2024-01-09 台春节能新材料(苏州)有限公司 一种用于保温板生产的螺杆空压机

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5929793A (ja) * 1982-08-11 1984-02-17 Hitachi Ltd 回転圧縮機
US4465446A (en) * 1983-05-11 1984-08-14 Frick Company Radial and thrust bearing mountings providing independent loading
US4509804A (en) * 1983-05-27 1985-04-09 General Motors Corporation Bearing mount with squeeze film damping
US4553855A (en) * 1984-10-18 1985-11-19 Elliott Turbomachinery Company, Inc. Damper and spring shaft support assembly
US4952076A (en) * 1989-07-21 1990-08-28 United Technologies Corporation Fluid damper for thrust bearing
US5201585A (en) * 1991-12-31 1993-04-13 General Electric Company Fluid film journal bearing with squeeze film damper for turbomachinery
US5469713A (en) 1994-01-21 1995-11-28 Skf Usa, Inc. Lubrication of refrigerant compressor bearings
JP3766725B2 (ja) * 1996-10-25 2006-04-19 株式会社神戸製鋼所 油冷式スクリュ圧縮機
SE510066C2 (sv) * 1997-08-25 1999-04-12 Svenska Rotor Maskiner Ab Oljefri skruvrotormaskin vilkens lager smörjes med en vattenhaltig vätska
US6506038B2 (en) * 2000-08-15 2003-01-14 Thermo King Corporation Wear-preventing and positioning device for a screw compressor
JP2001271081A (ja) * 2001-01-22 2001-10-02 Sanyo Electric Co Ltd 圧縮機及びこの圧縮機を備える冷凍装置
US6682219B2 (en) * 2002-04-03 2004-01-27 Honeywell International Inc. Anisotropic support damper for gas turbine bearing
JP2004360855A (ja) * 2003-06-06 2004-12-24 Kobe Steel Ltd 軸受およびスクリュー圧縮機
JP4588708B2 (ja) * 2004-08-03 2010-12-01 株式会社前川製作所 多系統潤滑式スクリュー圧縮機の潤滑油供給システム及び運転方法
US7329048B2 (en) * 2005-07-19 2008-02-12 Rolls-Royce Corporation Self contained squeeze film damping system
JP5054597B2 (ja) * 2008-04-10 2012-10-24 株式会社神戸製鋼所 蒸気膨張機駆動空気圧縮装置
JP4365443B1 (ja) * 2008-07-29 2009-11-18 株式会社神戸製鋼所 無給油式スクリュ圧縮機
WO2010046976A1 (ja) * 2008-10-22 2010-04-29 株式会社前川製作所 給油式スクリュー圧縮機
US20110052109A1 (en) * 2009-08-28 2011-03-03 Dresser-Rand Company Hydrostatic auxiliary bearing for a turbomachine
WO2012071563A1 (en) * 2010-11-23 2012-05-31 Lufkin Industries, Inc. Bridge spring centering device for squeeze film dampers
DE102011081419A1 (de) * 2011-08-23 2013-02-28 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Quetschöldämpfer
CN103511550B (zh) * 2013-09-30 2015-06-03 西安交通大学 一种高速无油轴承转子***用阻尼器

Also Published As

Publication number Publication date
TW201615989A (zh) 2016-05-01
WO2016022875A2 (en) 2016-02-11
CN107076204A (zh) 2017-08-18
CN107076204B (zh) 2019-06-28
US20160040670A1 (en) 2016-02-11
JP2017523347A (ja) 2017-08-17
US9856876B2 (en) 2018-01-02
EP3177840A2 (en) 2017-06-14
EP3177840A4 (en) 2018-02-28
WO2016022875A3 (en) 2016-05-19
TWI600833B (zh) 2017-10-01
EP3177840B1 (en) 2019-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6490793B2 (ja) 振動低減のために粘性減衰を利用する回転スクリュー圧縮機
US20200300247A1 (en) Compact low noise rotary compressor
JP4880517B2 (ja) オイルバイパス付きコンプレッサ
US10670030B2 (en) Turbo machine and refrigerating cycle apparatus
JP6692070B2 (ja) ターボ機械
US20070177994A1 (en) Compressor vibration damper
JP5167201B2 (ja) スクリュ圧縮機
US11041495B2 (en) Positive displacement compressor and damper bearing system
CN102105653A (zh) 用于支承旋转部件的滚动体轴承在真空设备中的应用以及真空设备
CN102192128A (zh) 压缩机及具有该压缩机的制冷机
US12018689B2 (en) Damping system for compressor
CN102606478A (zh) 回转式压缩机
KR100771594B1 (ko) 냉응용기용 압축기의 크랭크샤프트
JP5680500B2 (ja) 密閉形圧縮機及びこれを用いた冷蔵庫
Chen et al. Characteristicsx and suppression of NVH in twin screw refrigeration compressors
JP2017089507A (ja) 圧縮機

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170417

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180223

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180222

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20180518

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180814

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190129

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190227

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6490793

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250