CN102562596B - 喷水式螺杆流体机械 - Google Patents

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Abstract

一种轴密封装置的寿命较长的喷水式螺杆流体机械，在转子室与螺杆转子的转子轴的轴承之间，从转子室侧起依次设有第1非接触密封件、第2非接触密封件及唇形密封件；具备：低压连通路径，使第1非接触密封件的形成于转子室侧的流出空间连通到转子室内的低压空间或转子室的对象气体的低压流路；加压连通路径，对形成在第1非接触密封件与第2非接触密封件之间的加压空间导入高压的对象气体；开放连通路径，将形成在第2非接触密封件与唇形密封件之间的开放空间向壳体外部开放。

Description

喷水式螺杆流体机械
技术领域
本发明涉及一种喷水式螺杆流体机械。
背景技术
在用收纳在转子室内的阴阳咬合的螺杆转子对对象气体进行压缩的螺杆压缩机、及在转子室内使对象气体膨胀而使阴阳咬合的螺杆转子旋转的螺杆膨胀器（膨胀机）等的螺杆流体机械中，为了将对象气体封闭在系统内，或者防止外气等混入到对象气体中，在转子轴的螺杆转子与轴承之间设置轴密封构造。
如在日本特许第4559343号中记载那样，在以往的螺杆压缩机中，作为吸入侧的轴密封装置而使用唇形密封件，作为排出侧的轴密封装置而使用机械式密封件。
唇形密封件是便宜且节省空间的轴密封装置，一般可封闭的最大压力是0.3kgf/cm2左右。因此，唇形密封件有可能在高压侧轴密封变得不充分或耐久性显著下降，所以仅能够在低压侧的轴密封中使用。另一方面，机械式密封件能够进行高压的轴密封，但存在非常昂贵并且用于设置的空间较大的问题。
在日本特许第4559343号中公开的螺杆压缩机中，唇形密封件除了用于吸入侧的轴的轴密封以外，还作为排出侧的轴的轴密封使用。在该螺杆压缩机中，为了使得不对用于排出侧的轴的轴密封的唇形密封件施加过度的压力，在螺杆转子与唇形密封件之间设置迷宫式密封件，还设置使迷宫式密封件与唇形密封件之间的空间与吸入流路或转子室的接近于吸入侧的中间压力部连通的连通路径。
此外，在螺杆流体机械中，如例如在日本特开2000－45948号中记载那样，有对转子室内喷射水而进行润滑及冷却的喷水式的结构。在作为喷水式螺杆流体机械的轴密封装置而使用唇形密封件的情况下，对唇形密封件要求将水封闭的功能。但是，与油不同，水的润滑性低，所以如果用唇形密封件对水进行密封则唇形密封件的磨损变大。因而，在喷水式流体机械中，存在唇形密封件的寿命较短而要求频繁的维护的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种轴密封装置的寿命较长的水润滑式螺杆流体机械。
为了解决上述问题，本发明的喷水式螺杆流体机械为，壳体内形成有转子室，转子室内收容有阴阳咬合的螺杆转子，借助该螺杆转子对对象气体进行压缩或将上述对象气体的膨胀力变换为旋转力，向内部喷射水而进行上述螺杆转子的润滑，其中，在上述转子室与上述螺杆转子的转子轴的轴承之间，从上述转子室侧起依次设有第1非接触密封件、第2非接触密封件及唇形密封件；具备：加压连通路径，向形成在上述第1非接触密封件与上述第2非接触密封件之间的加压空间导入高压的上述对象气体；开放连通路径，将形成在上述第2非接触密封件与上述唇形密封件之间的开放空间向上述壳体外部开放。
通过该结构，经由高压连通路径导入加压的对象气体从而将加压空间升压。由此，加压空间的压力被维持为高压，所以从转子室泄露到流出空间中的水不能流入到加压空间中。此外，即便万一水泄露到加压空间还有开放空间中，泄露的水也从开放空间经由开放连通路径被释放到外部，所以不会使密封空间的压力增大，也能够抑制泄露的水到达唇形密封件。因此，不会使唇形密封件损坏，也能够防止因水向唇形密封件的进入造成的轴承用润滑油的泄露。
此外，在本发明的喷水式螺杆流体机械中，也可以上述轴承是高压侧的轴承；具备低压连通路径，该低压连通路径使形成在上述第1非接触密封件的上述转子室侧的流出空间与上述转子室内的低压空间或与上述转子室连通的上述对象气体的低压流路连通。
根据该结构，经由低压连通路径与比排出压力低的转子室或吸入流路连接从而将流出空间减压，并且经由高压连通路径将加压后的对象气体导入从而将加压空间升压。由此，加压空间的压力变得比流出空间高，所以从转子室泄露到流出空间中的水不能流入到加压空间中，而通过低压连通路径回流到转子室中。此外，即便万一水泄露到加压空间还有开放空间中，泄露的水也从开放空间经由开放连通路径被释放到外部，所以不会使密封空间的压力增大，也能够抑制泄露的水到达唇形密封件。因此，不使唇形密封件损坏的效果、水向唇形密封件的进入造成的轴承用润滑油的泄露的防止的效果变得更显著。
此外，本发明的喷水式螺杆流体机械也可以是对上述对象气体进行压缩的喷水式螺杆压缩机；具有从排出的上述对象气体分离上述水的水回收器；将在上述水回收器中进行了水分离的上述对象气体经由减压机构供给到上述加压连通路径中。
根据该结构，能够将从喷水式螺杆压缩机排出的对象气体的一部分用作向加压空间导入的对象气体，不需要为了向加压连通路径供给对象气体而准备附属设备。
此外，在本发明的喷水式螺杆流体机械中，也可以将在上述水回收器中进行了水分离的上述对象气体经由干燥器而供给到上述加压连通路径中。
根据该结构，能够从向加压空间导入的对象气体用水回收器除去水，进而再用干燥器将水除去，不会经由加压连通路径将水供给到各轴密封机构中。
此外，在本发明的喷水式螺杆流体机械中，也可以在上述加压连通路径中或从上述水回收器到上述加压连通路径的流路中设置在上述喷水式螺杆流体机械的运转停止时被关闭的开闭阀。
根据该结构，例如在将多个螺杆流体机械在它们的排出侧（水回收器以后的排出流路）连接时，能够防止将从其他运转中的螺杆流体机械排出的对象气体的一部分供给到停止的螺杆流体机械的加压连通路径中，能够高效率地使用对象气体。
此外，本发明的喷水式螺杆流体机械也可以具有嵌装在上述转子轴的周围，并且在上述开放空间中形成有向径向外侧突出的突出部的套筒部件。
根据该结构（突出部），能够使从转子室泄露并进入到开放空间中的水借助上述突出部的离心力向径向外侧飞散而通过开放连通路径向外部空间排出，所以能够进一步降低泄露的水到达唇形密封件的危险性。
此外，在本发明的喷水式螺杆流体机械中，也可以上述第1非接触密封件及上述第2非接触密封件分别具备：形成在轴向上隔开间隔而相互对置的对置面的嵌合部件、分别抵接于上述对置面的两个密封环、和配置在上述两个密封环之间而将上述密封环向上述对置面推压的弹性部件。
根据该结构，即便万一非接触密封件的密封环与转子轴接触，密封环也能够沿径向移动，所以非接触密封件及转子轴不会较大地损坏。因而能够尽量减小非接触密封件（密封环）与转子轴的间隙，能够进一步增加轴密封的效果，所以能够降低泄露的水到达唇形密封件的危险性。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的螺杆压缩机的简化剖视图。
图2是本发明的第2实施方式的螺杆压缩机的简化剖视图。
图3是图2是第1非接触密封件的放大剖视图。
图4是本发明的第3实施方式的螺杆压缩机的简化剖视图。
图5是本发明的第4实施方式的螺杆压缩机的简化剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在图1中，将作为本发明的喷水式螺杆流体机械的第1实施方式的喷水式螺杆压缩机1简略化表示。螺杆压缩机1通过收纳在形成于壳体2内的转子室3中的阴阳咬合的一对螺杆转子4对对象气体（例如空气）进行压缩而排出，为了冷却、密封及润滑而将水导入到转子室3内。
在壳体2中，设有连通到转子室3而用来对转子室3供给应压缩的对象气体的吸入流路（低压流路）5、连通到转子室3而用来将在转子室3内被螺杆转子4压缩的对象气体排出的排出流路6、和用来在吸入侧及排出侧设置将螺杆转子4的转子轴7分别支承及轴密封的构造的轴承轴密封空间8、9。
转子轴7被设置在吸入侧的轴承轴密封空间8内的滚子轴承10、和设置在排出侧的轴承轴密封空间9内的两个滚珠轴承11支承为能够旋转，贯通吸入侧的轴承轴密封空间8而延伸，与未图示的马达连接。
在滚子轴承10的上述马达侧，设置有防止异物（滚子轴承10的润滑油等）向马达侧的侵入的唇形密封件12，在滚子轴承10的螺杆转子4侧，设有进行封闭以使滚子轴承10的润滑油不向转子室3侧流出的唇形密封件13、和进行封闭以使对象气体或润滑流体不从吸入流路5向滚子轴承10侧侵入的唇形密封件14。
在壳体2上，形成有形成转子室3的排出侧（高压侧）的端面的分隔壁部15，通过分隔壁部15划分转子室3和排出侧的轴承轴密封空间9。在排出侧的轴承轴密封空间9的分隔壁部15与滚珠轴承11之间，从转子室3侧起依次设有第1非接触密封件16、第2非接触密封件17及唇形密封件18。
第1非接触密封件16及第2非接触密封件17是公知的迷宫式密封件，其在与转子轴7之间形成0.02mm左右的较小的间隙从而使要通过其间隙的流体产生较大的压力损失而抑制流体的通过。唇形密封件18以能够防止滚珠轴承11的润滑油向转子室3侧漏出那样的朝向配设。
第1非接触密封件16、第2非接触密封件17及唇形密封件18将轴承轴密封空间9分别分割，从而在分隔壁部15与第1非接触密封件16之间形成流出空间19，在第1非接触密封件16与第2非接触密封件17之间形成加压空间20，在第2非接触密封件17与唇形密封件18之间形成开放空间21。
在壳体2中，设有使流出空间19与作为转子室3的从吸入流路5隔离的压缩中途的空间的低压空间22连通的低压连通路径23、用来将高压的对象气体导入到加压空间20中的加压连通路径24、和使开放空间21与壳体2的外部连通而向大气开放的开放连通路径25、26。
进而，喷水式螺杆压缩机1具有从由排出流路6排出的对象气体分离水的水回收器27，具备将在水回收器27中分离而回收的水再供给到吸入流路5的水供给配管28、和将在水回收器27中将水分离后的对象气体的一部分经由过滤器29及减压阀30导入到加压连通路径24中的加压配管31。减压阀30对对象气体进行调节使其减压到比低压空间22稍高的程度的压力。例如，如果低压空间22的压力是0.03MPa左右，则将加压空间20中的压力调节为比其高0.1MPa左右的压力（0.13MPa）左右。另外，也可以在减压阀30和到加压空间20的加压配管31中夹设与减压阀30不同的减压机构、例如节流孔等。
在该喷水式螺杆压缩机1中，流出空间19与转子室3内的低压空间22连通，并将比低压空间22高压的对象气体导入到加压空间20中，所以流出空间19的压力变得比加压空间20的压力低。因此，在第1非接触密封件16与转子轴7的间隙中，发生从加压空间20朝向流出空间19的对象气体的稍稍的流动，防止从转子室3与对象气体一起流出到流出空间19中的水进入到加压空间20中。由此，能够防止水到达唇形密封件18而使唇形密封件18损坏，能够防止滚珠轴承11的润滑油的泄露。
此外，从加压空间20经由第2非接触密封件17与转子轴7的间隙向开放空间21中一点点流出对象气体。流入到开放空间21中的对象气体借助开放连通路径25、26而被释放到大气中，所以开放空间21的压力被维持为大气压。由此，即便万一例如在喷水式螺杆压缩机1的停止时水进入到开放空间21中，也能够将该水从开放连通路径25、26释放到大气中，所以能够将对唇形密封件18带来的损伤限制在最低限度。
接着，在图2中表示作为本发明的第2实施方式的喷水式螺杆压缩机1a。另外，在以后的实施方式中，对于与前面说明的实施方式相同的构成要素标注相同的标号，省略重复的说明。
本实施方式的喷水式螺杆压缩机1a嵌装在转子轴7的周围，具有唇形密封件18滑动接触的套筒部件32。套筒部件32在开放空间21内延伸，在开放连通路径25与开放连通路径26之间，形成有向径向外侧以环状突出的突出部33。
该套筒部件32与转子轴7一起旋转，所以即便万一水沿着转子轴7进入到开放空间21内，突出部33也借助离心力使水向径向外侧飞散。由此，可靠地将水从开放连通路径25、26释放到大气中，从而防止水到达唇形密封件18。
此外，在该喷水式螺杆压缩机1a中，低压连通路径23a与吸入流路5连通。因此，减压阀30进行调节以将对象气体减压到比吸入流路5的压力稍高的压力。进而，本实施方式的第1非接触密封件16a及第2非接触密封件17a具有自调心功能。
在图3中详细地表示本实施方式的第1非接触密封件16a的结构。虽然没有图示，但第2非接触密封件17a也是与第1非接触密封件16a相同的结构。第1非接触密封件16a嵌合在形成于壳体2上的嵌合槽34中而配设，包括：嵌合部件37，具备形成有在轴向上相互对置的对置面35的两个对置壁部36；两个密封环38，分别抵接于对置面35而内周接近于转子轴7；和弹性部件39，配置在两个密封环38之间而对密封环38向对置面35进行推压。
密封环38具有比嵌合部件37的内径小的外径，以使其能够在嵌合部件37的内部中沿径向移动，但通常借助与对置面35之间的摩擦力而被保持在一定的位置。但是，密封环38如果抵接于转子轴7，则被转子轴7推压而在嵌合部件37内而沿径向滑动移动，相对于转子轴7被调心。
通过该调心功能，第1非接触密封件16a及第2非接触密封件17a即便由于振动等与转子轴7接触，也不会受到过大的应力，所以能够将与转子轴7之间的间隙窄小化到0.1mm左右。因此，第1非接触密封件16a及第2非接触密封件17a能够发挥更高的轴密封能力而防止水的通过。
接着，在图4中表示作为本发明的第3实施方式的喷水式螺杆压缩机1b。本实施方式的喷水式螺杆压缩机1b与排出侧（高压侧）同样，在转子室3与吸入侧（低压侧）的转子轴7的唇形密封件13之间，从转子室3侧起依次配设有第1非接触密封件40及第2非接触密封件41。第1非接触密封件40及第2非接触密封件41也是与高压侧的第1非接触密封件16及第2非接触密封件17同样的结构的迷宫式密封件。
由此，在低压侧的轴承轴密封空间8之中，在第1非接触密封件40与第2非接触密封件41之间形成加压空间42，在第2非接触密封件41与唇形密封件13之间形成开放空间43。在壳体2中，形成有用来将高压的对象气体导入到加压空间42中的加压连通路径44、和使开放空间43与壳体2的外部连通而向大气开放的开放连通路径45。在加压连通路径44上，连接着从减压阀20的下游侧的加压配管31分支的加压配管46，被供给对象气体。
在本实施方式中，在吸入侧的轴承轴密封空间8中也形成有被导入对象气体而维持为高压的加压空间42，所以即便在喷水式螺杆压缩机1b吸入的对象气体的压力、即吸入流路5的压力比大气压高时，对象气体也不会进入到加压空间42中。由此，不会因水伴随着对象气体进入而到达唇形密封件13而使唇形密封件13损坏、或使轴承用润滑油泄露。
进而，在图5中表示作为本发明的第4实施方式的喷水式螺杆压缩机1c。本实施方式的喷水式螺杆压缩机1c在水回收器27的下游设有干燥器47，将由干燥器47除湿后的对象气体经由加压配管31、46及加压连通路径24、44导入到加压空间20、42中。此外，在加压配管31中设有在喷水式螺杆压缩机1c的停止时被关闭的开闭阀48。
在本实施方式中，将由干燥器47将水蒸气也除去后的干燥的对象气体供给到加压空间20、42中，所以湿气不会进入到唇形密封件18、13露出的开放空间21、43中，能够将唇形密封件18、13保持为完全的干燥状态。
此外，本实施方式的喷水式螺杆压缩机1c即便将多台并联连接使用，由于分别具备开闭阀48，所以也不会从其他喷水式螺杆压缩机1c将对象气体导入到停止中的喷水式螺杆压缩机1c中。由此，没有对象气体的无用的消耗，能够实现基于台数控制的运转的高效化。
开闭阀48为了使其动作变得可靠，优选的是仅在被供电时开放的常闭型的单动式电磁开闭阀等。另外，也优选在水回收器27与干燥器47之间设置所谓的保压止回阀。

Claims (7)

1.一种喷水式螺杆流体机械，壳体内形成有转子室，转子室内收容有阴阳咬合的螺杆转子，借助该螺杆转子将对象气体压缩或将上述对象气体的膨胀力变换为旋转力，向内部喷射水而进行上述螺杆转子的润滑，其特征在于，
在上述转子室与上述螺杆转子的转子轴的轴承之间，从上述转子室侧起依次设有第1非接触密封件、第2非接触密封件、及唇形密封件；
具备：
加压连通路径，向形成在上述第1非接触密封件与上述第2非接触密封件之间的加压空间导入高压的上述对象气体；
开放连通路径，将形成在上述第2非接触密封件与上述唇形密封件之间的开放空间向上述壳体外部开放。
2.如权利要求1所述的喷水式螺杆流体机械，其特征在于，
上述轴承是高压侧的轴承；
具备低压连通路径，该低压连通路径使形成在上述第1非接触密封件的上述转子室侧的流出空间与上述转子室内的低压空间或与上述转子室连通的上述对象气体的低压流路连通。
3.如权利要求1所述的喷水式螺杆流体机械，其特征在于，
上述喷水式螺杆流体机械是对上述对象气体进行压缩的喷水式螺杆压缩机；
具有从排出的上述对象气体分离上述水的水回收器；
将在上述水回收器中进行了上述水分离的上述对象气体经由减压机构供给到上述加压连通路径。
4.如权利要求3所述的喷水式螺杆流体机械，其特征在于，
将在上述水回收器中进行了上述水分离的上述对象气体经由干燥器而供给到上述加压连通路径。
5.如权利要求4所述的喷水式螺杆流体机械，其特征在于，
在上述加压连通路径中或从上述水回收器到上述加压连通路径的流路中，设置在上述喷水式螺杆流体机械的运转停止时被关闭的开闭阀。
6.如权利要求1所述的喷水式螺杆流体机械，其特征在于，
具有套筒部件，该套筒部件嵌装在上述转子轴的周围，并且在上述开放空间中形成有向径向外侧突出的突出部。
7.如权利要求1所述的喷水式螺杆流体机械，其特征在于，
上述第1非接触密封件及上述第2非接触密封件分别具备：形成在轴向上隔开间隔而相互对置的对置面的嵌合部件、分别抵接于上述对置面的两个密封环、和配置在上述两个密封环之间而将上述密封环向上述对置面推压的弹性部件。
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Patentee after: Shengang Compressor Co.,Ltd.

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Patentee before: Kobe Steel, Ltd.

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