TWI636190B - 無油螺桿壓縮機及其設計方法 - Google Patents

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日商神戶製鋼所股份有限公司
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Abstract

提供一種無油螺桿壓縮機，可以兼容潤滑油 的流入防止及壓縮性能確保。
具備：具有轉子室(150)的外殼(12)、及 將螺桿轉子的旋轉軸(21)支撐的軸承(22)、及具有油封部(31)及空氣軸封部(60)的軸封裝置(20)、及位於油封部及空氣軸封部之間的通氣間隙(50)、及將外殼的大氣側及通氣間隙連通的大氣開放通路(24)，將大氣開放通路的最小狹窄部(24d)中的實效開口剖面積設成Sh、將實效狹窄長度設成Lh，將空氣軸封部中的微小間隙中的軸封剖面積設成Sa、將實效軸封長設成La，將卸載運轉時中的轉子室中的負壓的絕對值設成|P2|，將卸載運轉時的油封部的最小差壓設成△Pb時，設定使成為(La/Sa2.5)/(Lh/Sh2.5)>|P2|/△Pb。

Description

無油螺桿壓縮機及其設計方法
本發明，是有關於無油螺桿壓縮機。
在無油螺桿壓縮機中，藉由無給油且由非接觸可旋轉的公母一對的螺桿轉子使空氣被壓縮。在無油螺桿壓縮機中，在轉子室形成的壓縮空氣會順著旋轉軸洩漏，或被供給至將旋轉軸驅動的齒輪和將旋轉軸支撐的軸承的潤滑油會流入轉子室。為了防止此，在轉子室及軸承之間，是配設有軸封裝置。軸封裝置，是具備：將來自轉子室的壓縮空氣密封的空氣軸封部、及將來自軸承的潤滑油密封的油封部。
在卸載運轉時轉子室成為負壓時，被供給至軸承等的潤滑油，雖是很少(微不足道)，但會通過油封部流入轉子室內。在此，設有將形成於油封部的轉子室側端部的通氣間隙、及外殼的大氣側連通的大氣開放通路。轉子室成為負壓時，藉由通過大氣開放通路使大氣被導入通氣間隙，防止潤滑油流入轉子室。
具備如上述的軸封裝置的無油螺桿壓縮機，是例如，專利文獻1及專利文獻2。
[習知技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-256828號公報
[專利文獻2]日本特開2008-255796號公報
在專利文獻1的無給油式螺桿壓縮機中，形成於空氣軸封件及黏性密封之間的密封盒部或是密封盒的連通孔，是與形成於外殼的大氣開放孔連通。由此防止潤滑油流入轉子室。且，在專利文獻2的無油旋轉壓縮機中，形成有暫存空間將油封部及空氣軸封部隔開。由此，漏出的潤滑油是藉由被暫時地貯留在暫存空間，防止潤滑油流入轉子室。即，上述2個專利文獻，皆是揭示由大氣開放孔和連通孔等所構成的大氣開放通路所產生的防止潤滑油朝轉子室流入的技術。
但是上述2個專利文獻，對於將軸封裝置及大氣開放通路的構成的話，潤滑油的流入防止及壓縮性能是否可兼容並無任何的揭示。
但是在大氣開放通路中，通路幾乎無橫跨全長由相同開口剖面積開口，通常存在，通路的一部分變窄 的狹窄部。狹窄部的開口剖面積愈小，且狹窄部的長度愈長，愈會產生更大的壓力損失，而具有潤滑油的流入防止效果變小的問題。
且考慮安全的話，加大大氣開放通路的開口剖面積較佳。大氣開放通路的開口剖面積變大的話，旋轉軸的軸線方向長度因為長，所以旋轉軸容易撓曲。藉由旋轉軸的撓曲使空氣軸封部及油封部中的各軸封能力下降。且，考慮旋轉軸的撓曲使在構件之間不接觸地設計的話，母公的螺桿轉子的間隙和螺桿轉子及外殼的間隙會擴大。該構成，會對於壓縮機的壓縮性能造成不良影響。如此，由大氣開放通路所產生的潤滑油的流入防止及壓縮性能確保，儘管是折衷(取捨)的關係，但習知，對於此點從未被特別考慮。
因此，本發明欲解決的技術課題，是提供一種無油螺桿壓縮機及其設計方法，可以兼容潤滑油的流入防止及壓縮性能確保。
為了解決上述技術的課題，依據本發明的話，可提供以下的無油螺桿壓縮機。
即，一種無油螺桿壓縮機，具備：由非接觸彼此嚙合的公母一對的螺桿轉子、及具有收容前述螺桿轉子的轉子室的外殼、及將前述螺桿轉子的旋轉軸支撐的軸承、及具有被配置於前述軸承側的油封部及被配置於前述 轉子室側的空氣軸封部且將前述旋轉軸軸封的軸封裝置、及位於前述油封部及前述空氣軸封部之間並且形成於前述旋轉軸的外周面及前述軸封裝置的內周面之間的通氣間隙、及將前述外殼的大氣側及前述通氣間隙連通的大氣開放通路，其特徵為：將在前述大氣開放通路中通路成為最窄的最小狹窄部中的實效開口剖面積設成Sh、將實效狹窄長度設成Lh，將前述空氣軸封部中的微小間隙中的旋轉軸垂直交叉方向的軸封剖面積設成Sa、將實效軸封長設成La，將卸載運轉時的前述轉子室中的負壓的絕對值設成|P2|，將卸載運轉時的前述油封部的最小差壓設成△Pb時，使成為(La/Sa2.5)/(Lh/Sh2.5)>|P2|/△Pb的方式設定前述最小狹窄部、前述空氣軸封部及前述油封部。
如後詳述，將空氣配管的壓力損失的近似式，適用在大氣開放通路的最小狹窄部及空氣軸封部，並且使油封部的最小差壓△Pb，成為比通氣間隙中的負壓的絕對值|P2|更大的方式，構成無油螺桿壓縮機。藉此，因為欲將通氣間隙中的空氣朝軸承壓出，所以朝轉子室的潤滑油的流入被防止。且，藉由大氣開放通路的最適化就可以確保壓縮性能。因此，依據本發明的話，可以兼容潤滑油的流入防止及壓縮性能確保。
1‧‧‧無油螺桿壓縮機
10‧‧‧軸封裝置裝填空間
12‧‧‧外殼
15‧‧‧轉子室
16‧‧‧螺桿轉子
17‧‧‧吸入口
18‧‧‧吐出口
20‧‧‧軸封裝置
21‧‧‧旋轉軸
22‧‧‧軸承
24‧‧‧大氣開放通路
24a‧‧‧大氣開放孔
24b‧‧‧內周環狀溝
24c‧‧‧錐面狀擴張部
24d‧‧‧最小狹窄部
24d1‧‧‧大氣開放孔狹窄部
24d2‧‧‧連通孔狹窄部
24g‧‧‧內周環狀空間
24m‧‧‧外殼側大氣開放通路
25‧‧‧環狀空間
26‧‧‧油供給孔
30‧‧‧第1軸封部
31‧‧‧油封
31a‧‧‧連通孔
31b‧‧‧外周環狀空間
31m‧‧‧軸封裝置側大氣開放通路
32‧‧‧黏性密封(油封部)
40‧‧‧第2軸封部
40A‧‧‧第1空氣軸封件
40B‧‧‧第2空氣軸封件
41‧‧‧密封殼
42、52‧‧‧密封環
48、58‧‧‧密封環收容空間
50‧‧‧通氣間隙
60‧‧‧空氣軸封部
61‧‧‧第1空氣軸封部
62‧‧‧第2空氣軸封部
Ga‧‧‧微小間隙
[第1圖]顯示本發明的無油螺桿壓縮機的概略構成的 縱剖面圖。
[第2圖]顯示如第1圖所示的無油螺桿壓縮機中的軸封裝置及其周邊部的部分剖面圖。
[第3圖]詳細說明如第2圖所示的軸封裝置及其周邊部的部分剖面圖。
[第4圖]說明大氣開放通路的意示圖。
[第5圖]說明空氣軸封部的意示圖。
[第6圖]將產生壓力損失的部分的各種尺寸、及通氣間隙中的負壓的絕對值、及油封部的最小差壓的關係意示地說明的圖。
首先，對於本發明的一實施例的無油螺桿壓縮機1的概略構成，一邊參照第1圖一邊詳細說明。
在無油螺桿壓縮機1中，公母咬合的一對的螺桿轉子16，是被收容在形成於外殼12的轉子室15內。外殼12，是例如，可以由外殼本體、吐出側外殼部及吸入側外殼部所構成。
外殼12，是具備：朝轉子室15供給壓縮對象的空氣的吸入口17、及將在轉子室15內藉由螺桿轉子16被壓縮的壓縮空氣排出的吐出口18。在螺桿轉子16的吐出側及吸入側的各端部中，各別設有旋轉軸21。在吐出側及吸入側的旋轉軸21的各端部中，驅動齒輪28及正時齒輪27是被分開安裝。無圖示的馬達的旋轉驅動力，是 透過驅動齒輪28被傳達至一方的螺桿轉子16。朝一方的螺桿轉子16被傳達的旋轉驅動力，是透過正時齒輪27被傳達至另一方的螺桿轉子16。一對的螺桿轉子16是藉由在非接觸狀態下彼此嚙合地旋轉，使空氣從吸入口17被吸入。從吸入口17被吸入的空氣，是被壓縮至規定的壓力為止，並使壓縮空氣從吐出口18被吐出。
在外殼12的吐出側中，形成有吐出側的軸封裝置裝填空間10。在吐出側的軸封裝置裝填空間10中，裝填有：將吐出側的旋轉軸21可旋轉地支撐的滾珠軸承(2列的有角的滾珠軸承)19及軸承(滾子軸承)22、及吐出側的軸封裝置20。在外殼12的吸入側，也形成有吸入側的軸封裝置裝填空間10。在吸入側的軸封裝置裝填空間10中，裝填有：將吸入側的旋轉軸21可旋轉地支撐的軸承(滾子軸承)22、及吸入側的軸封裝置20。
將外殼12的外側(大氣側)及內周側連通地與大氣連通的大氣開放孔24a，是被設置在外殼12。且，朝軸承19、22及正時齒輪27供給潤滑油用的油供給孔26，是被設置在外殼12。
各別被裝填在吐出側及吸入側的軸封裝置裝填空間10的軸封裝置20，是構成對於轉子室15實質上對稱。以下，一邊參照第2圖及第3圖，一邊詳細說明吐出側的軸封裝置20及其周邊部。
第2圖，是顯示如第1圖所示的無油螺桿壓縮機1中的吐出側的軸封裝置20及其周邊部的部分剖面 圖。
從軸承22側朝向轉子室15側，依序在軸封裝置裝填空間10裝填：軸承22、及將潤滑油密封的第1軸封部30、及將壓縮空氣密封的第2軸封部40。被裝填於軸封裝置裝填空間10的軸承22中的反轉子室15側的端部，是藉由停止器29被限制。又，第1軸封部30及第2軸封部40，是藉由後述的嵌合構造被一體地連結，而構成軸封裝置20。
使軸封裝置20對於軸封裝置裝填空間10可容易地裝卸自如地被組裝的方式，在軸封裝置裝填空間10及軸封裝置20之間，是設有比間隙配合(JIS B 0401)更大的游隙。設置較大的游隙的話軸封能力因為被犧牲，所以在油封31及外殼12之間及在密封殼41及外殼12之間，各別配設有O形環35、46。當然，在由O形環35、46所產生的軸封能力可發揮的範圍，使游隙的尺寸被設定。較佳是，O形環35、46，是各別被分成：油封31的凹部(環狀的溝)34、及密封殼41的凹部(環狀的溝)45地被配設。油封31的凹部(環狀的溝)34、及密封殼41的凹部(環狀的溝)45，是各別在油封31及密封殼41的外周面沿著周方向形成。藉由油封31的O形環35及密封殼41的O形環46，可以各別防止在外殼12及第1軸封部30及第2軸封部40之間的壓縮空氣的洩漏。
第1軸封部30，是具有油封部32的非接觸的油封31。油封部32，是例如，在油封31的內周面形成有 螺旋狀的溝的黏性密封32。黏性密封32，是由旋轉軸21的旋轉，藉由黏性密封32的內周面及旋轉軸21的外周面之間的空氣的黏性使泵作用發生。藉由黏性密封32的泵作用使潤滑油朝軸承22被推壓，防止潤滑油朝轉子室15方向流出。又，黏性密封32的螺旋狀的溝，雖在第2圖及第3圖被省略，但是在第4圖被圖示。黏性密封32的螺旋狀的溝，因為是形成於油封31的內周面，所以油封31可以從切削容易的金屬材料製成。
在油封31的轉子室15側的端部36中，形成有具有朝向轉子室15側突出的圓筒形狀的外周面的嵌合凸端部33。嵌合凸端部33，是對於後述的密封殼41的嵌合凹端部44，藉由過盈配合(JIS B 0401)或是中間配合(JIS B 0401)嵌合的方式構成。油封31及密封殼41，是藉由嵌合構造一體地連結。嵌合凹端部44及嵌合凸端部33的間隙，是非常地小，實質上無地構成。由此，從該間隙的壓縮空氣的洩漏被防止。
第2軸封部40，是具備：被配置於軸承22側的第1空氣軸封件40A、及被配置於轉子室15側的第2空氣軸封件40B。
第1空氣軸封件40A，是由：密封殼41、及非接觸的密封環42、及彈性體43所構成。在密封殼41的轉子室15側的端部中，形成有朝徑方向內側突出的突出部49。在油封31的端部36及密封殼41的突出部49之間的空間中，形成有圓筒形狀的密封環收容空間48。 在密封環收容空間48中，收容有：彈性體43、及藉由該彈性體43朝旋轉軸21的軸線方向(在本實施例中為軸承22的方向)被推迫地被支撐的密封環42。密封環42的內徑的尺寸構成，是比旋轉軸21的外徑稍大。且，密封環42，可以使用例如，將與旋轉軸21相同材質(例如不銹鋼)作為母材，在母材的表面塗抹摩擦係數小的皮膜者。彈性體43，是金屬製的彈性構件(例如波形彈簧、波形墊圈或是壓縮捲簧等)。
藉由彈性體43被彈性地支撐的密封環42，即使旋轉軸21撓曲的情況，也可以朝徑方向移動。在密封環42的內周面、及旋轉軸21的外周面之間，形成有第2軸封部40的第1空氣軸封部61。第1空氣軸封部61，是具有微小間隙Ga(圖示於第3圖及第5圖)。且，壓縮空氣欲通過第1空氣軸封部61的微小間隙Ga時藉由發生大的壓力損失，就可以抑制壓縮空氣的洩漏。
在第1空氣軸封件40A的轉子室15側中，配置有第2空氣軸封件40B。第2空氣軸封件40B，是由非接觸的密封環52及彈性體53所構成。在外殼12中的軸封裝置裝填空間10的轉子室15側的端部中，形成有氣體密封件收容空間58。在氣體密封件收容空間58中，收容有：彈性體43、及藉由該彈性體53朝旋轉軸21的軸線方向(在本實施例中為軸承22的方向)被推迫地被支撐的密封環52。氣體密封件收容空間58，是具有比第1空氣軸封件40A更小的內徑尺寸的圓筒形狀。
密封環52也可以朝徑方向移動，在密封環52的內周面、及旋轉軸21的外周面之間，形成有第2空氣軸封部62。第2空氣軸封部62也具有微小間隙Ga。且，壓縮空氣欲通過第2空氣軸封部62的微小間隙Ga時藉由發生大的壓力損失，就可以抑制壓縮空氣的洩漏。
第2軸封部40是除了第1空氣軸封件40A以外具備第2空氣軸封件40B。由此，第2軸封部40的軸封能力可提高。在第1空氣軸封件40A及第2空氣軸封件40B中，藉由各別將密封環42、52及彈性體43、53共有化，就可以達成低成本化。
接著，一邊參照第3圖及第4圖，一邊說明大氣開放通路24。
外殼12中，在對應O形環35的位置及對應O形環46的位置之間，且在相面對於油封31的部分中，形成有大氣開放孔24a。大氣開放孔24a，是貫通外殼12，將軸封裝置裝填空間10及外殼12的外側(大氣側)連通。
在外殼12的內周側中，構成內周環狀空間24g的至少一部分的內周環狀溝24b，是與大氣開放孔24a的內側端部重疊地形成。內周環狀溝24b，是在外殼12的內周面沿著周方向形成的環狀的溝。內周環狀溝24b，是例如，在沿著旋轉軸21的軸線方向切斷的部分剖面中，形成大致半圓形狀。在旋轉軸21的軸線方向中的內周環狀溝24b的兩端部中，各別形成有錐面狀擴張部 24c。各錐面狀擴張部24c，是藉由將旋轉軸21的軸線方向中的內周環狀溝24b的兩端部作成C面或是R面倒角而形成。如第3圖所示，在各錐面狀擴張部24c中，轉子室15側及軸承22側的各端部是先端較細地伸出。藉由內周環狀溝24b、及轉子室15側及軸承22側的錐面狀擴張部24c，構成外殼12側的內周環狀空間24g。大氣開放孔24a，是與外殼12側的內周環狀空間24g連通。大氣開放孔24a及外殼12側的內周環狀空間24g，是構成外殼側大氣開放通路24m。
另一方，在軸封裝置20的油封31中，將油封31朝徑方向貫通的連通孔31a是形成至少1個(通常為複數個)。該連通孔31a，雖不限定形狀，但是例如連通孔31a的長度垂直交叉方向的開口剖面是圓形的圓孔。雖不限定本發明的態樣，但是例如，4個連通孔31a是由90度的角度被相等配置。在油封31的外周側中，形成有外周環狀空間31b。外周環狀空間31b，是面向內周環狀溝24b的方式在軸封裝置20的外周面沿著周方向形成的環狀的溝。外周環狀空間31b，雖不限定形狀，但是例如在沿著旋轉軸21的軸線方向切斷的部分剖面中，形成矩形的形狀。旋轉軸21的軸線方向中的外周環狀空間31b的開口部的寬度，是連通孔31a的開口徑以上。
各連通孔31a，是與形成於軸封裝置20的外周環狀空間31b連通。藉由連通孔31a及外周環狀空間31b，構成軸封裝置側大氣開放通路31m。軸封裝置側大 氣開放通路31m，是透過形成於外殼12的內周環狀空間24g，與大氣開放孔24a連通。因此，軸封裝置20側的連通孔31a及外周環狀空間31b、及外殼12側的內周環狀空間24g及大氣開放孔24a，是與大氣連通，構成大氣開放通路24。如此，大氣開放通路24，是由外殼側大氣開放通路24m及軸封裝置側大氣開放通路31m所構成。又，在上述構成中，藉由外殼12側的內周環狀空間24g及軸封裝置20側的外周環狀空間31b，構成將軸封裝置20由圓周方向圍起來的空間(與申請專利範圍的「環狀空間」對應)25。
外殼12是由鑄物被製造的情況，由鑄物所產生的公差被考慮。該情況，如第3圖所示，在旋轉軸21的軸線方向中，將內周環狀溝24b及兩側的錐面狀擴張部24c總和的寬度(即內周環狀空間24g的開口部的寬度)，是比外周環狀空間31b的開口部的寬度大的規定的尺寸。將外殼12由鑄物製造時，設計範圍的公差即使發生，在旋轉軸21的軸線方向，外周環狀空間31b是必定與內周環狀溝24b及兩側的錐面狀擴張部24c疊合，可以吸收旋轉軸21的軸線方向的偏離。外殼12是由鑄物被製造的情況，大氣開放孔24a雖可以使用鑄拔取孔，但是藉由機械加工形成也可以。
在第1軸封部30的黏性密封32及第2軸封部40的密封環42之間的旋轉軸21的軸線方向的間隙中，配設有通氣間隙50。此通氣間隙50的流路剖面積， 是比空氣軸封部60的旋轉軸垂直交叉方向的軸封剖面積更寬。各連通孔31a因為是與通氣間隙50連通，所以通氣間隙50，是與被大氣開放的大氣開放通路24連通。因此，通氣間隙50，是通過大氣開放通路24被大氣開放。
如第3圖所示，空氣軸封部60，是由：具有第1實效軸封長La1的第1空氣軸封部61、及具有第2實效軸封長La2的第2空氣軸封部62所構成。且，空氣軸封部60中的實效軸封長La，是La1+La2。又，如後述，黏性密封32，是在卸載運轉時，發生最小差壓△Pb。
但是在卸載運轉時中，轉子室15內是成為負壓。該負壓，是通過形成於旋轉軸21的外周面及軸封裝置20的內周面之間的間隙，將軸承22中的潤滑油朝轉子室15內挪近地作動。對於此，藉由配設被大氣開放的大氣開放通路24及通氣間隙50，防止軸承22中的潤滑油朝轉子室15內流入。但是，在卸載運轉時藉由在大氣開放通路24發生壓力損失，在現實中，在通氣間隙50的壓力不會成為大氣壓。
加大大氣開放通路24的開口剖面積的話，因為大氣開放孔24a等的形成和加工成為容易並且壓力損失變小，所以可以將通氣間隙50中的壓力接近大氣壓，就可防止潤滑油流入轉子室15。因此，從防止潤滑油流入的觀點，儘可能將大氣開放通路24的開口剖面積加大較佳。
其反面，加大大氣開放通路24的開口剖面積 的話，旋轉軸21的軸線方向的長度因為變長，所以旋轉軸21容易撓曲。旋轉軸21的撓曲的話，空氣軸封部60和黏性密封32中的軸封能力會下降。且，考慮旋轉軸21的撓曲，有必要將母公的螺桿轉子16間的間隙和螺桿轉子16及外殼12的間隙擴大。但是，使構件間不接觸而擴大間隙的話，具有對於無油螺桿壓縮機1的壓縮性能造成不良影響的問題。如此，潤滑油的流入防止及壓縮性能確保，儘管是折衷(取捨)的關係，但習知對於此點未被特別考慮。在此，在本發明中，提供一種無油螺桿壓縮機1及其設計方法，可以兼容潤滑油的流入防止及壓縮性能確保。
一邊參照第3至6圖，一邊說明可以兼容潤滑油的流入防止及壓縮性能確保之無油螺桿壓縮機1的設計方法。
將卸載運轉時中的通氣間隙50及轉子室15中的負壓(將大氣壓作為基準壓(0Pa)顯示的壓力)，各別設成P1、P2。且，將P1、P2的絕對值各別設成|P1|、|P2|。將在空氣軸封部60及大氣開放通路24發生的壓力損失，各別設成△Pa、△Ph。
那時，|P1|、|P2|、△Pa、△Ph之間，是具有以下的關係。
|P1|=△Ph
|P2|=△Ph+△Pa
將P1使用P2、△Ph、△Pa表現的話，可獲得次式。 |P1|=|P2|‧(△Ph+△Pa)-1‧△Ph因為△Pa≫△Ph，所以|P1|≒|P2|‧(△Pa)-1‧△Ph (1)
一般，空氣配管的壓力損失△P，是由以下(2)式表示。
△P=f‧L‧d-1‧ρ‧U2 (2)
在此，f是管摩擦係數，L是管路長，d是相當直徑，ρ是空氣的密度，U是空氣的流速。
空氣軸封部60及大氣開放通路24中的空氣的密度U及管摩擦係數f是各別設成等同的話，壓力損失△P，是如(3)式所示，與管路長L成正比例，與相當直徑d成反比例，與空氣的流速U的2次方成正比例。
空氣的流速U是與相當直徑d的2次方成反比例，管路剖面積S是與相當直徑d的2次方成正比例。從此可知，(3)式中壓力損失△P，是由如(4)式所示的近似式表示。
從(4)式，壓力損失△P，是與管路長L成正比例，與管路剖面積S的2.5次方成反比例。
將如(4)式所示的關係各別適用在空氣軸封部60中的壓力損失△Pa及大氣開放通路24中的壓力損失△Ph的話，壓力損失△Pa、△Ph，各別是由如(5)式、(6)式所示的近似式表示。
在(5)式及(6)式中，La，是空氣軸封部60中的實效軸封長，Lh，是在大氣開放通路24中通路成為最窄的最小狹窄部24d中的實效狹窄長度。且，Sa，是空氣軸封部60中的微小間隙Ga中的旋轉軸垂直交叉方向的軸封剖面積，Sh，是大氣開放通路24的最小狹窄部24d中的實效開口剖面積。又，最小狹窄部24d，是在大氣開放通路24中具有通路的開口變窄的部分和變寬的部分，藉由通路的開口成為最窄使大氣開放通路24中壓力損失成為最大的部分。且，最小狹窄部24d中的實效狹窄長度及實效開口剖面積，是指在最小狹窄部24d中，實質上有關最大的壓力損失的部分之狹窄長度及開口剖面積。
油封部32的最小差壓△Pb，是比通氣間隙50中的負壓的絕對值|P1|更大的話，通氣間隙50中的空氣， 是藉由油封部32的最小差壓△Pb朝軸承22被壓出。因此，以下(7)式被滿足時，潤滑油朝轉子室15的流入被防止。又，油封部32的最小差壓△Pb，是指考慮了卸載運轉時的任何狀況時，在油封部32發生的差壓之中的最小的差壓。
△Pb>|P1| (7)
使用上述(1)式、(5)式及(6)式將(7)式變形的話，如(8)式。
△Pb>|P2|‧(La‧Sa-2.5)-1‧(Lh‧Sh-2.5) (8)
將(8)式整理的話，可獲得(9)式。
(La/Sa2.5)/(Lh/Sh2.5)>|P2|/△Pb (9)
空氣軸封部60中的實效軸封長La、軸封剖面積Sa、大氣開放通路24中的實效狹窄長度Lh、實效開口剖面積Sh、轉子室15中的負壓的絕對值|P2|及油封部32的最小差壓△Pb，是滿足(9)式時，潤滑油朝轉子室15的流入被防止。且，藉由大氣開放通路24中的開口剖面積的最適化，也可以確保壓縮性能。因此，藉由依據(9)式構成無油螺桿壓縮機1，就可以兼容由大氣開放通路24 所產生的潤滑油的流入防止及壓縮性能確保。
如第5圖意示的空氣軸封部60，因為是由：具有第1實效軸封長La1的第1空氣軸封部61、及具有第2實效軸封長La2的第2空氣軸封部62所構成，所以空氣軸封部60中的實效軸封長La，是La1+La2。空氣軸封部60中的微小間隙Ga中的旋轉軸垂直交叉方向的軸封剖面積，是Sa。
在如第4圖意示的大氣開放通路24中，外殼12側的大氣開放孔24a，因為是具有開口剖面積Sh1的大氣開放孔狹窄部24d1，所以由外殼12側的大氣開放孔24a所產生的實效開口剖面積Sh是成為Sh1。軸封裝置20側的連通孔31a之中i號的連通孔31a，是具有開口剖面積Sh2i的連通孔狹窄部24d2。連通孔31a，其開口剖面積Sh2i的連通孔狹窄部24d2具有n(n是1以上的自然數)個，由n個連通孔31a所構成的總開口剖面積Sh2是成為Sh21+Sh22+‧‧‧+Sh2(n-1)+Sh2n。因此，由軸封裝置20側的n個連通孔31a所構成的實效開口剖面積Sh，是滿足下次的關係。
在開口剖面積Sh1的大氣開放孔狹窄部24d1及總開口剖面積Sh2的連通孔狹窄部24d2中，實效開口剖面積Sh成為最小者，是成為發生主要的壓力損失的最小狹窄 部24d。即，可以將實效開口剖面積Sh如下地顯示。
又，內周環狀溝24b及外周環狀空間31b中的環狀的流路的剖面積，因為是各別比大氣開放孔24a的開口剖面積及連通孔31a的總開口剖面積更充分大地構成，所以那些不會成為最小狹窄部24d。
最小狹窄部24d是位於外殼側大氣開放通路24m的大氣開放孔24a中的情況，大氣開放通路24中的實效開口剖面積Sh是成為Sh1，實效狹窄長度Lh是成為Lh1。最小狹窄部24d是成為軸封裝置側大氣開放通路31m的連通孔31a的情況，大氣開放通路24中的實效開口剖面積Sh是成為Sh2，實效狹窄長度Lh是成為Lh2。如此，在大氣開放通路24中，大氣開放通路24中的實效開口剖面積Sh、實效狹窄長度Lh，會對應最小狹窄部24d存在於外殼12側的大氣開放孔24a或是軸封裝置20側的連通孔31a的其中任一變動。因此，可以將實效開口剖面積Sh、實效狹窄長度Lh設定成與大氣開放通路24的構成一致的適切的尺寸。
第6圖，是意示產生壓力損失的部分中的各種尺寸(La、Sa、Lh、Sh)、及通氣間隙50中的負壓的絕對值|P1|、及油封部32的最小差壓△Pb的關係。在第6圖中，將(La/Sa2.5)/(Lh/Sh2.5)設成橫軸，將通氣間隙50中 的負壓的絕對值|P1|設成縱軸。如第6圖所示的設計曲線Q，是形成雙曲線形狀。顯示油封部32的最小差壓△Pb的一點鎖線的橫線，是由交點B(Bx、By)與設計曲線Q交叉。
設計曲線Q，是將|P1|具有比By更大的值的部分由粗的虛線Qa顯示，將|P1|具有比By更小的值的部分由粗的實線Qb顯示。|P1|是具有By更大的值的情況，因為通氣間隙50中的負壓的絕對值|P1|是比油封部32的最小差壓△Pb更大，所以潤滑油有可能流入。|P1|是具有比By更小的值的情況，因為通氣間隙50中的負壓的絕對值|P1|是比油封部32的最小差壓△Pb更小，所以可以有效地防止潤滑油流入。因此，藉由使|P1|具有比By更小的值的方式，即，使(La/Sa2.5)/(Lh/Sh2.5)具有比Bx更大的值的方式構成空氣軸封部60及大氣開放通路24，就可以有效地防止潤滑油流入。
又，在上述實施例中，雖說明了吐出側的軸封裝置20，但是對於吸入側的軸封裝置20也可以適用本發明。軸封裝置20中的第2軸封部40的構造，不限定於上述實施例。第2軸封部40中的空氣軸封部的個數和密封環的方向，可以適宜地變更。第2軸封部40，可取代密封環42、52，而使用迷宮式密封墊片等的公知的密封構件也可以。第1軸封部30的油封部32，雖例示了黏性密封32，但是可以使用迷宮式密封墊片等的公知的密封構造。
且在上述實施例中，油封31及密封殼41，雖是各別由單一的構件所構成，但是在組裝時成為一體的構成的話，各別由在旋轉軸21的軸線方向被分割的2個以上的構件構成也可以。且，油封31，是由：油封部32、及將油封部32保持的本體部所構成也可以。且，旋轉軸21的表面，是母材本身，或在母材表面設置各種皮膜等也可以。且，本發明中的旋轉軸21，包含：旋轉軸21單獨使用的態樣、及無圖示的套筒被固定於旋轉軸21的外周面側的態樣。
進一步，在上述實施例中，藉由外殼12側的內周環狀空間24g及軸封裝置20側的外周環狀空間31b的雙方，構成環狀空間25。但是，環狀空間25是藉由內周環狀空間24g或是外周環狀空間31b的其中任一方構成的態樣也可以。
如以上，對於本揭示中的技術的例示，說明了上述實施例。因此，提供了添附圖面及詳細的說明。
因此，在添附圖面及詳細說明的構成要素中，不是只有為了課題解決所必須的構成要素，為了例示上述技術，也包含不是為了課題解決所必須的構成要素。因此，不應因為那些非必須的構成要素被揭示於添附圖面及詳細說明中，就認定那些非必須的構成要素是必須。
本揭示，雖是一邊參照添附圖面一邊與較佳實施例相關連地充分記載，但是當然熟練此技術的人可進行各種的變形和修正。如此的變形和修正，只要未脫落添 附的請求的範圍所限定的本發明的範圍，應皆被包含於其中。
從以上的說明明顯可知，在本發明的無油螺桿壓縮機1中，將空氣配管的壓力損失的近似式，適用在大氣開放通路24的最小狹窄部24d及空氣軸封部60。並且油封部32的最小差壓△Pb，是成為比通氣間隙50中的負壓的絕對值|P1|更大。藉此，因為欲將通氣間隙50中的空氣朝軸承22壓出，所以潤滑油朝轉子室15的流入被防止。且，藉由大氣開放通路24的開口剖面積的最適化，也可以確保壓縮性能。因此，在無油螺桿壓縮機1中，可以兼容潤滑油的流入防止及壓縮性能確保。
本發明，是除了上述特徵以外可以具備如以下的特徵。
即，大氣開放通路24，是具有：形成於外殼12的大氣開放孔24a、及形成於軸封裝置20的至少1個連通孔31a，將軸封裝置20由圓周方向圍起來的環狀空間25，是由外殼的內周側及軸封裝置的外周側的雙方、或是其中任一方所構成，透過環狀空間25，使大氣開放孔24a及至少1個連通孔31a連通，最小狹窄部24d，是大氣開放孔24a的開口剖面積Sh1及至少1個連通孔31a的總開口剖面積Sh2之中的小者。依據該構成的話，大氣開放通路24中的實效開口剖面積Sh、實效狹窄長度Lh會對應最小狹窄部24d存在於外殼12側的大氣開放孔24a或是軸封裝置20側的連通孔31a的其中任一變動。因 此，可以將實效開口剖面積Sh、實效狹窄長度Lh設定成與大氣開放通路24的構成一致的適切的尺寸。
油封部32是黏性密封。依據該構成的話，藉由黏性密封32的螺旋狀的溝，使潤滑油流入轉子室15被防止。

Claims (4)

  1. 一種無油螺桿壓縮機，具備：由非接觸彼此嚙合的公母一對的螺桿轉子、及具有收容前述螺桿轉子的轉子室的外殼、及將前述螺桿轉子的旋轉軸支撐的軸承、及具有被配置於前述軸承側的油封部及被配置於前述轉子室側的空氣軸封部且將前述旋轉軸軸封的軸封裝置、及位於前述油封部及前述空氣軸封部之間並且形成於前述旋轉軸的外周面及前述軸封裝置的內周面之間的通氣間隙、及將前述外殼的大氣側及前述通氣間隙連通，並具有形成於前述外殼的1個大氣開放孔、及形成於前述軸封裝置的至少1個連通孔的大氣開放通路，將前述軸封裝置由圓周方向圍起來的環狀空間，是由前述外殼的內周側及前述軸封裝置的外周側的雙方、或是其中任一方所構成，透過該環狀空間，使前述1個大氣開放孔及前述至少1個連通孔連通，前述最小狹窄部，是前述大氣開放孔的開口剖面積及前述至少1個連通孔的總開口剖面積之中的小者，將在前述大氣開放通路中通路成為最窄的最小狹窄部中的實效開口剖面積設成Sh、將實效狹窄長度設成Lh，將前述空氣軸封部中的微小間隙中的旋轉軸垂直交叉方向的軸封剖面積設成Sa、將實效軸封長設成La，將卸載運轉時的前述轉子室中的負壓的絕對值設成 |P2|，將卸載運轉時的前述油封部的最小差壓設成△Pb時，使成為(La/Sa2.5)/(Lh/Sh2.5)>|P2|/△Pb的方式設定前述最小狹窄部、前述空氣軸封部及前述油封部。
  2. 如申請專利範圍第1項的無油螺桿壓縮機，其中，前述油封部是黏性密封。
  3. 一種無油螺桿壓縮機的設計方法，該無油螺桿壓縮機，具備：由非接觸彼此嚙合的公母一對的螺桿轉子、及具有收容前述螺桿轉子的轉子室的外殼、及將前述螺桿轉子的旋轉軸支撐的軸承、及具有被配置於前述軸承側的油封部及被配置於前述轉子室側的空氣軸封部且將前述旋轉軸軸封的軸封裝置、及位於前述油封部及前述空氣軸封部之間並且形成於前述旋轉軸的外周面及前述軸封裝置的內周面之間的通氣間隙、及將前述外殼的大氣側及前述通氣間隙連通，並具有形成於前述外殼的1個大氣開放孔、及形成於前述軸封裝置的至少1個連通孔的大氣開放通路，將前述軸封裝置由圓周方向圍起來的環狀空間，是由前述外殼的內周側及前述軸封裝置的外周側的雙方、或是其中任一方所構成，透過該環狀空間，將前述1個大氣開 放孔及前述至少1個連通孔連通，前述最小狹窄部，是設成前述大氣開放孔的開口剖面積及前述至少1個連通孔的總開口剖面積之中的小者，該設計方法是，將在前述大氣開放通路中通路成為最窄的最小狹窄部中的實效開口剖面積設成Sh、將實效狹窄長度設成Lh，將前述空氣軸封部中的微小間隙中的旋轉軸垂直交叉方向的軸封剖面積設成Sa、將實效軸封長設成La，將卸載運轉時的前述轉子室中的負壓的絕對值設成|P2|，將卸載運轉時的前述油封部的最小差壓設成△Pb時，使成為(La/Sa2.5)/(Lh/Sh2.5)>|P2|/△Pb的方式設定前述最小狹窄部、前述空氣軸封部及前述油封部。
  4. 如申請專利範圍第3項的無油螺桿壓縮機的設計方法，其中，前述油封部是黏性密封。
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