JP6511321B2 - 給油式容積型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、モータケーシングに冷却流路を備え，外部から圧縮室および軸受に液体を注入する機能を有する容積型圧縮機に関する。

図５に、従来の給油式容積型圧縮機における圧縮機本体１の構造を示す。なお、圧縮機本体１の例として，圧縮機構はスクリュー圧縮機とする。圧縮機本体１は、ねじれたローブを持ち互いに噛み合って回転する雄ロータ２と雌ロータ３(図に示さず)、それらを収納するケーシング４、雌雄両ロータをそれぞれ回転自在に支持するための吸込側軸受５と吐出側軸受６，およびオイルシールまたはメカニカルシールなどの軸封部品７によって構成される。一般的には、雄ロータ２は吸込側端部（紙面左方）にロータ軸を介して回転駆動源であるモータ８に接続される。

モータ８によって回転駆動された雄ロータ２は、雌ロータ３を回転駆動し、雌雄両ロータの歯溝とそれを囲むケーシング４の内壁面とで形成される作動空間９が膨張および収縮することによって、空気等の流体を吸込口１０から吸入し、所定の圧力まで圧縮したのち、吐出流路１１から吐出する。また、作動空間９、吸込側軸受５、および吐出側軸受６に対して、圧縮機本体１の外部からそれぞれ給油孔１２、吸込側軸受給油孔１３、および吐出側軸受給油孔１４を介して潤滑油が注入される。

図６に、圧縮機本体１に供給される潤滑油の外部経路を示す。潤滑油経路は、圧縮機本体１、遠心分離機１５、油冷却器１６、フィルタや逆支弁などの補機１７、およびそれらを接続する油配管１８によって構成される。圧縮機本体１から吐出された圧縮気体中には、圧縮機内部に外部から注入された潤滑油が混入している。圧縮気体中に混入した潤滑油は、遠心分離機１５によって圧縮気体から分離され、油冷却器１６によって冷却された後、補機１７を介して分岐し，再度圧縮機本体１内部の作動空間９，吸込側軸受５，および吐出側軸受６に供給される。なお，潤滑油経路の分岐点は，図中に示したように圧縮機本体１外部に限られるものではなく，圧縮機本体１のケーシング４の内部において分岐するものも含まれる。

作動空間９に対する給油の目的は，内部すき間の封止，圧縮過程における気体の冷却，または摺動する雌雄両ロータの潤滑など多様である。一方で，吸込側軸受５および吐出側軸受６に対する給油の目的は，それぞれの潤滑である。従って，圧縮効率を向上させるためには，給油温度を下げて圧縮気体の潤滑油に対する放熱を促進したり，すき間に介在する潤滑油の粘度を増大させ油膜切れを防いだりすることが効果的と考えられる。しかし，圧縮効率を向上させるために給油温度を下げると，吸込側軸受５および吐出側軸受６に供給される潤滑油の粘度も増大するため，それぞれにおける潤滑油の撹拌損失動力が増大し，圧縮機本体１の効率向上を妨げる要因となる。そこで，作動空間９に対する給油温度よりも吸込側軸受５または吐出側軸受６に対する給油温度を上げる方法が特許文献１に記載されている。

また，特許文献２では，油冷却機の下流側において油流路を分岐し，一方は直接作動空間に連通し，他方はモータケーシング内部を介して吸込側または吐出側の軸受室に連通する構造が記載されている。この構造により，モータケーシング内部において発熱するモータから吸熱した潤滑油は温度上昇し，作動空間に供給される潤滑油の温度より高い温度で軸受に給油されることが考えられる。

特開２０１３−２４１９２０号公報 特開２００５−６９０６２号公報

特許文献１に記載の給油式スクリュー圧縮機では、軸受に連通する潤滑油経路が油冷却器を迂回することにより、油冷却器を介して作動空間に供給される潤滑油の温度に比べて、軸受に供給される潤滑油の温度は高くなる。これによって，圧縮効率の向上を目的として作動空間に供給される潤滑油の温度を下げた場合においても，軸受に供給される潤滑油の温度を高く維持することにより，軸受における撹拌損失動力の増大を防ぎ，高効率な圧縮機を実現可能と考えられる。しかし、軸受に連通する潤滑油経路に弁機構が介在しており、これが給油経路の圧力損失を増大する。例えば圧縮機の起動直後などにおいて，潤滑油の温度が運転中に比べて著しく低く，粘度が高い状況においては，十分な量の潤滑油が軸受に供給されないことが懸念される。また，制御機構が複雑化することにより，弁機構自体や油冷却器の冷却ファンの制御器にハンチングを引き起こす懸念がある。

特許文献２に記載の油冷式スクリュー圧縮機においては、潤滑油がモータケーシング内に直接流入するため、モータの回転子が潤滑油を撹拌することによる損失動力が増大する懸念がある。また、運転停止後に圧縮機内部の潤滑油がモータケーシング内に逆流し、モータケーシング内に溜まることにより、モータ内部部品の劣化および起動トルクの著しい増大を招く懸念がある。

本発明の目的は、従来の潤滑油経路に対して弁機構などの追加により圧力損失を著しく増大させること無く、またモータケーシング内に潤滑油を流入させること無く、圧縮機本体の作動空間に対する給油温度より軸受の給油温度を上げることにより、圧縮効率を向上するために給油温度を下げた場合においても、軸受における撹拌損失を最小に抑えることにより、高効率な圧縮機を実現することにある。

上記の目的を達成するため、本発明では、モータケーシングに冷却流路を備え，外部から圧縮室および軸受に液体を供給する機能を有する容積型圧縮機において、圧縮機の軸受に潤滑油を供給する給油孔の上流側にモータケーシングの冷却流路が連通することを特徴とする。

本発明によれば、軸受に供給する潤滑油がその上流側においてモータと熱交換することにより、作動空間に対する給油温度に比べて軸受に対する給油温度が高くなる。従って、圧縮効率の向上を目的として作動空間に対する給油温度を下げた場合においても、軸受に対する給油温度は比較的高く、つまり低粘度が維持され、軸受における潤滑油の撹拌損失を最小限に抑えることが可能となる。これにより給油式容積型圧縮機の高効率化が可能となる。

本発明の第１実施例におけるスクリュー圧縮機の垂直断面図である。 本発明の第１実施例における潤滑油経路である。 本発明の第２実施例におけるスクリュー圧縮機の垂直断面図である。 本発明の第３実施例におけるスクリュー圧縮機の垂直断面図である。 一般的なスクリュー圧縮機の垂直断面図である。 一般的なスクリュー圧縮機の潤滑油経路である。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。

以下、本発明の第１の実施例を図１および図２により説明する。なお、本実施例は空気を圧縮するスクリュー型空気圧縮機に関するものである。また、構成は図５および図６に示される構成と同一であることから、同一の符号を付して説明を省略する。なお，軸封部品７はメカニカルシールである。

本実施例において、図５と異なる点は、モータ８のケーシングに潤滑の油流路となる油冷ジャケット１９を設けたこと，油冷ジャケット１９と油配管１８の接続配管２０を設けたこと，および油冷ジャケット１９と吸込側軸受５および吐出側軸受６それぞれの給油孔１３および１４を接続したことにある。

本実施例における潤滑油経路を図２により説明する。補機１７の下流側において油配管は分岐し、一方は給油孔１２に接続する。他方は、モータ８の油冷ジャケット１９を介して吸込側軸受給油孔１３および吐出側軸受給油孔１４に連通する。従って、吸込側軸受５および吐出側軸受６に供給される潤滑油は，その上流側においてモータ８から吸熱するため，その給油温度は作動空間９に供給される潤滑油の温度に比べて高くなる。つまり、圧縮効率の向上を目的として、冷却器の冷却能力を増大し、作動空間に供給される潤滑油の温度を下げた場合においても、軸受に供給される潤滑油は、モータとの熱交換により温度上昇するため、必要以上に粘度が増加することはない。以上により、軸受における撹拌損失動力を最小限に抑えることにより、圧縮機の省エネ化に効果的なスクリュー圧縮機の実現が可能となる。

なお，本実施例は，油冷却機１６の上流側と吸込側軸受給油孔１３および吐出側軸受給油孔１４を連通するバイパス流路２１，およびバイパス流路２１と油配管１８の分岐点に位置する弁機構２２を備えている。圧縮機本体１の軌道直後など，潤滑油の温度が運転中のそれに比べて著しく低い場合には，弁機構２２によってバイパス流路２１か開通し，潤滑油は油冷却機１６，補機１７，および油冷ジャケット１９などの流動抵抗の多い流路を迂回して吸込側軸受給油孔１３および吐出側軸受給油孔１４に流入する。これにより，運転状態を問わず，吸込側軸受５および吐出側軸受６に安定して給油することが可能となる。

また，本実施例に記載のスクリュー圧縮機の設置状態は，図１に記載のような水平設置に限らず，雄ロータ２の軸を鉛直に配置した場合においても有効である。

以下、本発明の第２の実施例を図３により説明する。なお、本実施例は実施例１と同様にスクリュー型空気圧縮機に関するものであり、実施例１と同じ箇所については、同じ記号を付して説明する。

本実施例において、図１と異なる点は、吸込側軸受５および吐出側軸受６を潤滑した後の潤滑油を、潤滑油回収孔２３を介して吸込完了後の作動空間９に連通したことにある。図中の波線は，雄ロータ２の外周面における吸込ポート２４である。吸込ポートより圧縮側(紙面右側)にある作動空間９は，すでに吸込過程を完了し圧縮過程にあるため空間は閉じている。従って，作動空間９に供給された潤滑油が吸込口１０近傍に飛散することはない。これにより、モータ８の冷却および吸込側軸受５および吐出側軸受６の潤滑によって温度上昇した潤滑油が吸込ポート１０近傍に飛散し、吸込口から流入した空気と熱交換することによる吸気加熱現象を抑制することが可能となる。以上により、吸気加熱現象を抑制し、空気流量の増大に効果的なスクリュー圧縮機の実現が可能となる。

以下、本発明の第３の実施例を図４により説明する。なお、本実施例は実施例２と同様にスクリュー型空気圧縮機に関するものであり、実施例２と同じ箇所については、同じ記号を付して説明する。

本実施例において、図３と異なる点は、吸込側軸受５と雄ロータ２および雌ロータ３との間に第二のメカニカルシール２５を設けたことにある。これにより，吸込側軸受５に供給した潤滑油が圧縮機本体１のケーシング４と雄ロータ２および雌ロータ３の軸との間のすき間から圧縮機本体１内部に流入し，吸込口１０近傍に飛散する現象が抑制される。従って，実施例２に記載のスクリュー圧縮機に比べて，さらに吸気加熱現象を抑制し，空気流量の増大に効果的なスクリュー圧縮機の実現が可能となる。

なお，本実施例の効果は，メカニカルシール７および第二のメカニカルシール２５が，オイルシール，磁性流体シール，またはラビリンスシールなどの他の軸封部品に置き換えても同様である。

１…圧縮機本体 ２…雄ロータ ３…雌ロータ ４…ケーシング ５…吸込側軸受 ６…吐出側軸受 ７…軸封部品 ８…モータ ９…作動空間 １０…吸込口 １１…吐出流路 １２…給油孔 １３…吸込側軸受給油孔 １４…吐出側軸受給油孔 １５…遠心分離機 １６…油冷却器 １７…補機 １８…油配管 １９…油冷ジャケット ２０…接続配管 ２１…バイパス流路 ２２…弁機構 ２３…潤滑油回収孔 ２４…吸込ポート ２５…第二のメカニカルシール

Claims (3)

1. モータケーシングに冷却流路を備え、外部から圧縮機本体の作動空間および軸受に潤滑油を供給する機能を有する容積型圧縮機であって、
   潤滑油流路が、前記作動空間に潤滑油を供給する第一の給油孔、および前記軸受に潤滑油を供給する第二の給油孔のそれぞれに接続する流路に分岐し、
   前記第二の給油孔に接続する流路は、前記分岐の下流側であって前記第二の給油孔の上流側に前記モータケーシングの冷却流路が連通し、
   前記第一の給油孔に接続する流路は、前記分岐の下流側において前記モータケーシングの冷却流路とは連通しないことを特徴とする容積型圧縮機。
2. 請求項１に記載の容積型圧縮機であって、
   前記潤滑油流路はバイパス流路に切り替え可能な弁機構を備え、
   前記潤滑油の温度が低い場合は、前記第二の給油孔に接続する流路に代わり、前記モータケーシングの冷却流路と連通していない前記バイパス流路が前記第二の給油孔に接続されて、前記軸受に潤滑油が供給されることを特徴とする容積型圧縮機。
3. 請求項１または請求項２に記載の容積型圧縮機であって、モータと前記圧縮機本体の間にある軸受の両側に、それぞれに対する潤滑油の侵入を防ぐ軸封部品を備えたことを特徴とする容積型圧縮機。

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