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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lager und auf einen durch
eine Flüssigkeit gekühlten Schraubenverdichter,
der das Lager verwendet.
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Stand der Technik
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In
einem Schraubenverdichter werden eine Achslast und eine Radiallast
auf eine Rotorachse durch ein Gas aufgebracht, das durch ein Paar
von zusammenwirkenden Schraubenrotoren verdichtet wird, die miteinander
in Eingriff sind. Daher ist die Rotorachse durch ein Axiallager
und ein Radiallager gestützt. Um die Last zu reduzieren,
die auf die genannten Lager aufgebracht wird, und um die Lebensdauer der
Lager zu erhöhen, ist ein Gerät zum Reduzieren der
Achslast in
JP-A-48-033041 und
JP-A-57-153986 vorgeschlagen,
und ferner ist ein Gerät zum Reduzieren der Radiallast
in
JP-A-03-061714 vorgeschlagen.
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Der
in
JP-A-03-061714 offenbarte
Schraubenverdichter ist derart konfiguriert, dass eine Fluidkammer
mit hohem Druck an der Seite der Aufbringrichtung der Radiallast
vorgesehen ist, und dass eine Fluidkammer mit konstantem Druck an
der anderen Seite vorgesehen ist. In dem Fall der vorstehenden Schraubenkammer
ist die Breite der Lager groß und infolgedessen ist der
Verdichter groß.
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In 9 ist
unter der Annahme, dass eine Last eines Achsgewichts W, die Radiallast,
auf eine Achse 101 von oben nach unten aufgebracht wird, ein
Spalt zwischen einer Druckaufnahmefläche 103 eines
Lagers 102 und der Achse 101 teilweise verengt,
und Öl ist an der verengten Druckaufnahmefläche
A gefangen bzw. aufgenommen, so dass ein Hydraulikdruck (dynamischer
Druck) Pd erzeugt wird, wie in 10 gezeigt
ist. Der vorstehende Hydraulikdruck Pd wird durch eine Ölviskosität,
einen Spalt, die Drehzahl oder dergleichen bestimmt und ferner durch
einen Umfangsdruck P1 bestimmt. Der Umfangsdruck P1 ist ein Druck
an einer Endfläche des Lagers 102. Je größer
der Hydraulikdruck ist, desto größer ist eine
Lastaufnahmefähigkeit des Lagers 102. Jedoch ist
der Hydraulikdruck, der in dem Spalt zwischen der Druckaufnahmefläche 103 des
Lagers 102 und der Achse 101 erzeugt wird, größer
als der Umfangsdruck P1 des Lagers 102. Daher verringert sich
die Lastaufnahmefähigkeit als Ergebnis daraus, dass eine
Leckage von dem Lagerspalt zu der Endfläche des Lagers
auftritt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lager mit einer
einfachen Struktur und einer hohen Lastaufnahmefähigkeit
und einen durch eine Flüssigkeit gekühlten Schraubenverdichter
bereit zu stellen, der das genannte Lager verwendet.
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Um
die vorstehende Aufgabe zu lösen, ist in dem Lager gemäß der
vorliegenden Erfindung eine Nut in der Umgebung eines Druckaufnahmebereichs einer
Druckaufnahmefläche, die zu einer Last eines Achsgewichts
entgegenwirkend ist, innerhalb einer Lagerfläche vorgesehen,
die eine Achse stützt, und eine mit der Nut verbundene
Flüssigkeitszufuhrbahn ist vorgesehen, so dass eine Flüssigkeit
durch die Flüssigkeitszufuhrbahn zu der Nut zugeführt
werden kann.
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Die
vorstehende Nut weist bevorzugt zwei Nuten in der Umfangsrichtung
und zwei Nuten in der Achsrichtung auf.
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In
diesem Fall sind die genannten Nuten in der Umfangsrichtung und
die genannten Nuten in der Achsrichtung bevorzugt durchgängig
zueinander ausgebildet.
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Die
genannten Nuten in der Achsrichtung können in der Mitte
nicht durchgängig sein.
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Der
vorstehend erwähnte durch eine Flüssigkeit gekühlte
Schraubenverdichter gemäß der vorliegenden Erfindung
hat ein Paar von zusammenwirkenden Schraubenrotoren, die miteinander
in Eingriff sind, einen Verdichterhauptkörper, der die
Schraubenrotoren aufnimmt, wobei das Lager gemäß der vorstehenden
Gestaltung der vorliegenden Erfindung als ein Lager verwendet wird,
und einen Flüssigkeitsabscheider zum Abscheiden einer Flüssigkeit
von einem Gas, das von dem Verdichterhauptkörper abgegeben
wird, wobei die Flüssigkeit, die in dem Flüssigkeitsabscheider
abgeschieden wird, zu der Flüssigkeitszufuhrbahn des Lagers
zugeführt wird.
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In
dem durch eine Flüssigkeit gekühlten Schraubenverdichter
der vorstehenden Gestaltung ist eine Flüssigkeitspumpe
bevorzugt in einer Flüssigkeitszufuhrleitung zum Zuführen
der Flüssigkeit, die in dem Flüssigkeitsabscheider
abgeschieden wird, zu der Flüssigkeitszufuhrbahn des Lagers
vorgesehen, um einen Fluiddruck zu erhöhen.
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Gemäß dem
Lager und dem durch eine Flüssigkeit gekühlten
Schraubenverdichter der vorliegenden Erfindung ist die Nut in der
Umgebung des Druckaufnahmebereichs der Druckaufnahmefläche, die
zu der Last des Achsgewichts entgegenwirkend ist, innerhalb der
Lagerfläche vorgesehen, die die Achse stützt,
und die Flüssigkeitszufuhrbahn, die mit der Nut in Verbindung
ist, ist derart vorgesehen, dass die Flüssigkeit durch
die Flüssigkeitszufuhrbahn zu der Nut zugeführt
wird. Daher ist ein Druck an der Druckaufnahmefläche des
Lagers hoch, und selbst wenn ein Hydraulikdruck, der in einem Spalt
zwischen dem Lager und der Achse erzeugt wird, zu der Umgebung des
Spalts ausströmt, wird die Lastaufnahmefähigkeit
nicht verringert.
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Da
die Nut nur in der Umgebung des Druckaufnahmebereichs der Druckaufnahmefläche,
die zu der Last des Achsgewichts entgegenwirkend ist, innerhalb
der die Achse stützende Lagerfläche vorgesehen
ist, ist die Größe des Lagers klein und kompakt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnittansicht, die eine Innenstruktur eines durch ein Öl
gekühlten Schraubenverdichters („Schraubenverdichter
einer Ölkühlbauart") zeigt, in dem ein Lager der
vorliegenden Erfindung angewandt ist;
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2 ist
ein Systemschaubild, das eine Verbindungsleitung des durch ein Öl
gekühlten Schraubenverdichters in 1 zeigt;
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3 ist
eine schematische Schnittansicht, die das Lager des durch ein Öl
gekühlten Schraubenverdichters in 1 zeigt;
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4 ist
eine Abwicklungsansicht einer Lagerfläche des Lagers in 3;
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5 ist
eine Schnittansicht eines modifizierten Beispiels der Lagerfläche
des Lagers in 3;
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6 ist
eine Vorderansicht, die ein Ausführungsbeispiel des Lagers
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7A ist
eine Schnittansicht entlang der Linie I-I des Lagers in 6,
und 7B ist eine Schnittansicht eines modifizierten
Beispiels davon;
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8A zeigt
ein Berechnungsergebnis eines Drucks an einer Druckaufnahmefläche
des üblichen Lagers, und 8B zeigt
ein Berechnungsergebnis eines Drucks an der Druckaufnahmefläche des
Lagers gemäß der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
eine schematische Schnittansicht, die das Lager des üblichen
Schraubenverdichters der Ölkühlbauart zeigt; und
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10 ist
eine Abwicklungsansicht einer Lagerfläche des Lagers in 9.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nachstehend
ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
einen durch ein Öl gekühlten Schraubenverdichter 1,
der ein Lager gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet. Innerhalb eines Gehäuses 2 des genannten
Schraubenverdichters 1, der durch ein Öl gekühlt
wird, ist ein Paar von zusammenwirkenden Schraubenrotoren 3 und 4 aufgenommen,
die miteinander in Eingriff sind. Rotorachsen 5 und 6 sind
an beiden Enden der Schraubenrotoren 3 und 4 durch
Radiallager 7 gemäß der vorstehenden Erfindung
gestützt, die nachstehend beschrieben ist. An der Außenseite
der Radiallager 7 an der linken Seite in 1 sind
Axiallager 9, die scheibenförmige Achsbauteile 8 stützen,
die an den Rotorachsen 5 und 6 an beiden Seiten
befestigt sind, mittels Lagerhaltebauteile 10 und 11 angeordnet.
Die Rotorachse 5 an der rechten Seite in 1 des
Schraubenrotors 3 wird durch einen Motor (nicht gezeigt)
drehend angetrieben. Gemäß dieser Drehung des
Schraubenrotors 3 wird der andere Schraubenrotor 4 gedreht.
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Wie
in 2 gezeigt ist, wird ein Gas, das durch eine Saugleitung 12 zugeführt
wird, in dem durch ein Öl gekühlten Schraubenverdichter 1 verdichtet
und zu einer Abgabeleitung 13 abgegeben. Ein Ölabscheider 14 ist
in der Gas abgebenden Abgabeleitung 13 vorgesehen. Das
Gas, von dem Öl in dem Ölabscheider 14 abgeschieden
wird, wird zu einer Anweisungseinheit (nicht gezeigt) zugeführt.
Das Öl, das in dem Ölabscheider 14 abgeschieden
wird, wird durch eine Ölzufuhrleitung 15 zu den
Lagern und zu Rotoreingriffsnuten des durch ein Öl gekühlten Schraubenverdichters 1 rückgeführt.
In der Ölzufuhrleitung 15 ist mit einem Ölkühler 16,
einem Filter 17 und einer Ölpumpe 18 vorgesehen.
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3 ist
eine konzeptionelle Ansicht des Radiallagers 7, das die
Rotorachse 5 des durch ein Öl gekühlten
Schraubenverdichters 1 stützt, und 4 ist
eine Abwicklungsansicht einer Lagerfläche 21 des Lagers.
Die weiteren Radiallager 7 haben die gleiche Gestaltung,
wie in 3 und 4 gezeigt ist, und infolgedessen
ist deren Erläuterung weggelassen. In dem Radiallager 7 ist
eine Nut 23 in einer Druckaufnahmefläche 22,
die zu der Last eines Achsgewichts W entgegenwirkend ist, innerhalb
der Lagerfläche 21 ausgebildet, die die Rotorachse 5 stützt.
Insbesondere ist die Nut 23 in der Umgebung eines Druckaufnahmebereichs
A ausgebildet, der den kleinsten Abstand bezüglich der
Rotorachse 5 hat und auf dem ein dynamischer Druck Pd aufgebracht
wird. Die Nut 23 ist, wie in 4 gezeigt
ist, durch zwei Nuten in der Umfangsrichtung 23a und 23b und
durch zwei Nuten in der Achsrichtung 23c und 23d ausgebildet. Die
genannten Nuten 23a bis 23d sind derart durchgängig,
dass sie in der Umgebung des Druckaufnahmebereichs A geschlossen
sind. Eine Ölzufuhrbahn 24, die mit der Nut 23 verbunden
ist, ist durch das Radiallager 7 hindurch tretend vorgesehen.
Die Ölzufuhrbahn 24 ist in einem beliebigen Teil
der Nut 23 vorgesehen, aber sie ist bevorzugt in einer
Mitte der zwei Nuten in der Achsrichtung 23c und 23d vorgesehen,
wie in 4 gezeigt ist. Die Ölzufuhrbahn 24 ist
mit der Ölzufuhrleitung 15 verbunden, wie in 2 gezeigt
ist, und ein Hochdrucköl, das durch die Ölpumpe 18 mit
Druck beaufschlagt wird, wird zugeführt.
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Im
Allgemeinen sind die Betriebszustände, wie zum Beispiel
eine Achsdrehzahl, die für einen Verdichter erforderlich
ist, ein Saugdruck eines Verdichters und ein Abgabedruck innerhalb
eines gewissen Bereichs begrenzt. Der Druckaufnahmebereich A gemäß den
vorstehend genannten Betriebszuständen wird als ein im
Wesentlichen fester Bereich bestimmt.
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Nachstehend
ist ein Effekt des Radiallagers 7 des durch ein Öl
gekühlten Schraubenverdichters 1 beschrieben.
Wenn das Hochdrucköl von der Ölzufuhrleitung 15 durch
die Ölzufuhrbahn 24 zu der Nut 23 des
Radiallagers 7 zugeführt wird, wird ein Druck Ps,
der größer als der an der Druckaufnahmebereich A
ist, auf die Nut 23 aufgebracht. Das heißt, eine Ölmenge,
die von dem Druckaufnahmebereich A zu der Umgebung ausströmt,
wird zu der Nut 23 zugeführt und in diese eingebracht.
Daher wird der Druck innerhalb des Druckaufnahmebereichs A groß,
und eine Lastaufnahmefähigkeit des Radiallagers 7 wird
verbessert. Der Druck innerhalb des Druckaufnahmebereichs A ist,
wie in 3 gezeigt ist, ein Druck, der durch Erhöhen
des dynamischen Drucks Pd an dem Druckaufnahmebereich A mittels
eines Differenzialdrucks Ps – P1 (eine Differenz zwischen
dem Druck Ps des Öls, das zu der Nut 23 zugeführt
wird, und dem Umfangsdruck P1) erhalten wird. Der Druck Ps des Öls
innerhalb der Nut 23 ist gleich wie der Abgabedruck P2
des Gases innerhalb des Ölabscheiders 14. Der
Umfangsdruck P1 des Radiallagers 7 ist im Wesentlichen
gleich wie der Saugdruck des Gases. Zum Beispiel ist in dem Fall,
in dem der Abgabedruck P2 0,7 MPa ist, die Lastaufnahmefähigkeit
des Radiallagers 7 ungefähr 1,5-mal größer
als bei dem üblichen Lager.
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In
dem Schraubenverdichter 1 wird die Last des Achsgewichts
W immer in der gleichen Richtung aufgebracht. Daher ist es möglich,
wenn die Nut 23 richtig um den Druckaufnahmebereich A vorgesehen ist,
dass die Lastaufnahmefähigkeit in jedem Betriebszustand
erreicht werden kann.
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Nachstehend
ist die Bedeutung des Bereitstellens der Nut 23 beschrieben.
Der Druck innerhalb des Druckaufnahmebereichs A ist durch Addieren des
Drucks in der Umgebung des Druckaufnahmebereichs A mit dem dynamischen
Druck aufgrund eines „Keileffekts" bestimmt, der durch
den Betriebszustand wie zum Beispiel die Drehzahl bestimmt ist.
Die vorliegende Erfindung dient dazu, um den Druck in der Umgebung
des Druckaufnahmebereichs A und infolgedessen den Druck innerhalb
des Druckaufnahmebereichs A zu erhöhen. Um den Druck in
der Umgebung des Druckaufnahmebereichs A sicher zu erhöhen,
ist die Nut 23 erforderlich. In dem Fall, in dem nur die Ölzufuhrbahn 24 ohne
die Nut 23 vorgesehen ist, wird ein Druck nur in einem
kleinen Bereich der Umgebung des Druckaufnahmebereichs A erhöht, und
es ist nicht möglich, dass der Druck in der Umgebung des
Druckaufnahmebereichs A erhöht wird.
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In
dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ist die Ölpumpe 18 in
der Ölzufuhrleitung 15 vorgesehen. Daher erhöht
sich im Vergleich zu dem Fall, in dem die Ölpumpe nicht
vorgesehen ist, der Druck Ps des Öls, das zu der Nut 23 des
Radiallagers 7 zugeführt wird, und es ist des
Weiteren möglich, dass sich die Lastaufnahmefähigkeit
erhöht.
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In
dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ist die Nut 23 durchgängig,
es besteht somit eine Gefahr, dass die Festigkeit des Radiallagers 7 aufgrund des
Vorhandenseins der Nuten in der Achsrichtung 23c und 23d verringert
wird, und sich infolgedessen das Radiallager 7 verformen
kann. Daher kann, wie in 5 gezeigt ist, ein nicht durchgängiger
Abschnitt 25 in der Mitte der Nuten in der Achsrichtung 23c und 23d vorgesehen
sein, um die Festigkeit zu erhalten. Wenn ein derartiger nicht durchgängiger Abschnitt 25 kurz
ist, ist die Ölleckage klein und die Lastaufnahmefähigkeit
wird nicht beeinflusst. Es sollte angemerkt werden, dass die „Mitte
der Nuten in der Achsrichtung 23c und 23d" nicht
immer auf die zentrale Mitte der Nuten in der Achsrichtung 23c und 23d eingeschränkt
ist.
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6 und 7A zeigen
ein Ausführungsbeispiel der Nut 23 des Radiallagers 7.
In dem vorstehenden Radiallager 7 sind die Nuten in der
Umfangsrichtung 23a und 23b in einer fixierten
Tiefe über einen Bereich von ungefähr 90° der
Druckaufnahmefläche 22 in der Nähe von
beiden Enden des Radiallagers 7 vorgesehen, und Übergangsnuten 23e und 23f mit
einer sich allmählich verringernden Tiefe sind an einem
Bereich von beiden Enden der Nuten in der Umfangsrichtung 23a und 23b zu
der Druckaufnahmefläche 22 ausgebildet. Die Nuten
in der Achsrichtung 23c und 23d sind zwischen
den Übergangsnuten 23e und 23f und den
Nuten in der Umfangsrichtung 23a und 23b vorgesehen.
Die Ölzufuhrbahn 24 ist in den Nuten in der Achsrichtung 23c und 23d ausgebildet.
Es ist bevorzugt, dass die Nuten in der Umfangsrichtung 23a und 23b 5
bis 10 mm breit und 5 bis 10 mm tief sind, und dass die Nuten in
der Achsrichtung 23c und 23d auch 5 bis 10 mm
breit und 5 bis 10 mm tief sind. 7B zeigt
das Gleiche wie 7A bis auf die Tatsache, dass
der nicht durchgängige Abschnitt 25 in der Mitte
der Nuten in der Achsrichtung 23c und 23d vorgesehen
ist. Die Breite des nicht durchgängigen Abschnitts 25 ist
bevorzugt zwei- bis viermal größer als die Breite
der Nuten.
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In 8A und 8B ist
ein Druck an jedem Punkt der Druckaufnahmefläche durch
eine Berechnung bestimmt und durch eine Graustufe dargestellt, wenn
das Radiallager mit den Nuten gemäß der vorliegenden
Erfindung und das übliche Radiallager ohne den Nuten gedreht
werden, während die Rotorachse gemäß den
nachstehenden Bedingungen gestützt ist. Es sollte angemerkt
werden, dass auf das Radiallager mit den Nuten gemäß der
vorliegenden Erfindung ein Wasserdruck in den Nuten des Radiallagers
aufgebracht wurde.
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[Gemeinsame Bedingungen]
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- Durchmesser der Rotorachse: 70 mm
- Innendurchmesser des Lagers: 70,15 mm
- Längenverhältnis des Lagers zu dem Innendurchmesser:
1
- Drehzahl der Rotorachse: 2231 U/min
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[Bedingungen für das Radiallager
mit den Nuten gemäß der vorliegenden Erfindung]
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- Winkel von senkrechter Achse zu den Nuten in der Achsrichtung
in der Drehrichtung: 25°
- Winkel von der senkrechten Achse zu den Nuten in der Achsrichtung
in der Gegendrehrichtung: 80°
- Abstand zwischen den Nuten in der Umfangsrichtung: 50 mm
- Distanz von einer Endfläche des Lagers zu den Rändern
der Nuten in der Umfangsrichtung: 5 mm
- Nuten in der Umfangsrichtung: 5 mm breit und 5 mm tief
- Nuten in der Achsrichtung: 5 mm breit und 5 mm tief
- Druck zum Zuführen von Wasser: 2 kg/cm2
- Viskosität des zu zuführenden Wassers: 1,02e–10 kgs/mm2
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Als
Ergebnis wurde für das übliche Radiallager ohne
die Nuten herausgefunden, dass der Druckaufnahmebereich, der schwarz
gezeigt ist, klein ist, und dass die Lastaufnahmefähigkeit
gering ist, wie in 8A gezeigt ist, während
hingegen für das Radiallager mit den Nuten gemäß der
vorliegenden Erfindung herausgefunden wurde, dass der Druckaufnahmebereich
vergrößert ist und die Lastaufnahmefähigkeit
groß ist, wie in 8B gezeigt
ist. Der Hydraulikdruck, der in dem Druckaufnahmebereich erzeugt wird,
beträgt 136,3 kg/mm2 in dem üblichen
Radiallager ohne die Nuten, während der Hydraulikdruck 333,8
kg/mm2 in dem Lager mit den Nuten gemäß der vorliegenden
Erfindung beträgt. Es wurde bestätigt, dass im
Vergleich zu dem üblichen Radiallager ohne die Nuten der
Druck innerhalb des Druckaufnahmebereichs ungefähr 2,4-mal
höher in dem Radiallager mit den Nuten gemäß der
vorliegenden Erfindung ist.
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Es
sollte angemerkt werden, dass obwohl das vorstehende Ausführungsbeispiel
das Lager des durch ein Öl gekühlten Schraubenverdichters
ist, die vorliegende Erfindung auch bei einem Lager eines durch
eine Flüssigkeit gekühlten Schraubenverdichters,
in dem eine andere Flüssigkeit als Öl als ein Kühlmedium
verwendet wird, angewandt werden kann.
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Eine
Nut ist in der Umgebung eines Druckaufnahmebereichs einer Druckaufnahmefläche,
die zu der Last eines Achsgewichts entgegenwirkend ist, innerhalb
einer Lagerfläche vorgesehen, die eine Achse stützt,
und eine Flüssigkeitszufuhrbahn, die mit der Nut verbunden
ist, ist vorgesehen, so dass eine Flüssigkeit durch die
Flüssigkeitszufuhrbahn zu der Nut zugeführt wird.
Mit einer derartigen Gestaltung sind ein Lager mit einer einfachen
Struktur und einer hohen Lastaufnahmefähigkeit und ein
durch eine Flüssigkeit gekühlter Schraubenverdichter
vorgesehen, der das vorher genannte Lager verwendet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 48-033041
A [0002]
- - JP 57-153986 A [0002]
- - JP 03-061714 A [0002, 0003]