JP2001193678A - スクリューマシン - Google Patents

スクリューマシン

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JP2001193678A
JP2001193678A JP2000377025A JP2000377025A JP2001193678A JP 2001193678 A JP2001193678 A JP 2001193678A JP 2000377025 A JP2000377025 A JP 2000377025A JP 2000377025 A JP2000377025 A JP 2000377025A JP 2001193678 A JP2001193678 A JP 2001193678A
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rotor
screw machine
leak
face
gas
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JP2000377025A
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Alexander Lifson
リフソン アレキサンダー
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Carrier Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクリューマシンのロータの端部運転隙間に
おけるリークを減少させる。 【解決手段】 ロータ１４，１６の端面２４、および／
またはハウジングの端板の対向面が、ハニカム状の空隙
壁部構造によりそれぞれ分割された（つまり互いに連結
された壁部部材の網目構造により分割された）独立した
小空隙を有する面６５を備えている。リークガスは、こ
のような表面６５を横断する際に、これらの空隙および
空隙壁部を通過するため、このリークガスの膨張および
収縮が反復的に生じ、これによって、リークの流れを減
少させるような効果が生じる。このように、表面がハニ
カム状パターンの空隙構造を有することによって、径方
向および円周方向へのガスリークを防止し得る効果的な
シールを行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来の技術】一般的なスクリューマシンでは、ロータ
ハウジング内部に平行に設けられているとともに一部が
重複した孔の内部にそれぞれ配置された雄ロータおよび
雌ロータが、協働してガスをトラップし、その体積を圧
縮するようになっている。このように２つのロータを備
えた構成が最も一般的な設計であるが、重複する孔の内
部にそれぞれ収容されて対として連動する３つ以上のロ
ータを備えたスクリューマシンも、当該技術分野では周
知である。対の雄ロータおよび雌ロータの突出部形状、
突出部および溝の数、はそれぞれ異なる。例えば、雌ロ
ータが、６つの溝により分割された６つの突出部を備
え、これと係合する雄ロータが、５つの溝により分割さ
れた５つの突出部を備えるようにすることができる。従
って、これらのロータの間における突出部と溝部との相
互作用の組み合わせが、周期的に発生する。
【０００２】一般的なスクリューマシンのロータは、各
端部で軸受内に取り付けられ、これによって、径方向お
よび軸方向に拘束される。それにも拘わらず、通常は、
ロータの端面とハウジングの対向面との間に、軸方向の
一定量の間隙を設ける必要がある。このように端部運転
隙間を設けることの必要性は、主として、圧縮過程でガ
スが加熱されることによりロータが熱膨張することから
生じる。所望の端部運転隙間を、ロータの端面とハウジ
ングの対向面との間の接触を防止するのに十分な大きさ
に維持することは、スクリューマシンの運転の信頼性を
向上するために重要である。加えて、運転中に、通常、
圧縮されている流体の圧力勾配によってロータに軸方向
への荷重が加わり、これによって、スクリューマシンの
吸入側端部へとロータが付勢され、端部運転隙間が増大
する傾向がある。
【０００３】端部運転隙間が大きすぎる場合、スクリュ
ーマシンの吐出側端部におけるこの運転隙間を介して、
圧縮された流体が円周方向および径方向に過度にリーク
することにより、スクリューマシンの全効率が著しく減
少する可能性がある。油が使用される一般的なスクリュ
ーマシンでは、ロータ端面とハウジングの端板との間の
端部隙間により画定される接合領域を介したガスリーク
を減少させるための流体シールを設ける手段として、こ
のような接合領域に油を注入することが一般的である。
しかし、端部運転隙間が減少した場合に、ロータ端面と
ハウジング端板との間の油の粘性摩擦力に起因した効率
の損失が増大する傾向がある。
【０００４】上述したように、運転中、ロータは、圧縮
過程で加熱されている流体により熱膨張するため、ハウ
ジングの吐出側端部における端部ケーシングに向かって
軸方向に成長する。このようにロータが熱膨張すること
によって、端部運転隙間が減少する傾向がある。しか
し、運転中、上述した軸方向の圧力勾配により、スクリ
ューマシンの吸入側端部に向かってロータが軸方向に付
勢されることから、運転隙間が増大する傾向がある。
【０００５】しかし、油が利用される一般的なスクリュ
ーマシンでは、一般的に、端部運転隙間が大きく維持さ
れることによって、摩擦損失が抑制されており、極端に
は、ロータが拘束されて動作不可能となることによる損
傷が防止されている。ロータの拘束状態は、圧縮過程に
よりロータが熱膨張することに起因して生じる。さら
に、端部運転隙間が減少した場合に、粘性摩擦力が増大
してコンプレッサの運転効率が低下する可能性がある。
【０００６】上述したように、端部運転隙間を大きく維
持することの悪影響は、圧縮された流体のリークが連続
的に増大することである。油が利用される一般的なスク
リューコンプレッサの端部運転隙間を大きく維持するた
めに、ロータの端面に材料を施して、円周方向へのガス
リークに対する物理的バリアを設けることが周知であ
る。例えば、細長い棒状のストリップをロータの端面に
接合して、ロータの突出部つまりランド部の中心線に沿
って径方向に拡張させることにより、このストリップが
端部運転隙間の大部分に亘って延びて、この部分を占め
るようにされてきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、スク
リューマシンの運転効率を改善することである。
【０００８】本発明の他の目的は、スクリューマシンの
ロータの端部運転隙間におけるリークを減少させること
である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のスクリューマシ
ンでは、スクリューコンプレッサの端部運転隙間に亘っ
てリークガスの連続的な膨張・収縮経路が設けられてい
ることによって、この端部運転隙間を介した圧縮ガスの
リークが低減されている。本発明の１つの実施例では、
ロータの端面、および／またはハウジングの端板の対向
面が、ハニカム状の空隙壁部構造によりそれぞれ分割さ
れた（つまり互いに連結された壁部部材の網目構造によ
り分割された）独立した小さな空隙を有する表面を備え
ている。リークガスは、このような表面を横断する際
に、これらの空隙および空隙壁部を通過するため、リー
クガスの膨張および収縮が反復的に生じ、これによっ
て、リークの流れを減少させるような効果が生じる。一
般的なラビリンスシールの場合は、シールが一方向にし
か行われないため、実際には、ラビリンスシールにより
画定された溝部を介して円周方向のリークが増大する
が、表面がハニカム状パターンの空隙構造を有する場合
には、このようなラビリンスシールとは異なり、径方向
および円周方向へのガスリークを防止し得る効果的なシ
ールを行うことができる。
【００１０】本発明は、少量の循環する油で動作するス
クリューマシンには特に重要である。このようなスクリ
ューマシンにおいては、リーク経路をシールする油の量
が不十分なことに起因して、リークの制御を十分に行う
ことが困難となっている。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、スクリューマ
シン１０、例えばスクリューコンプレッサ、が示されて
おり、このスクリューマシン１０は、一部が重複した一
対の孔１３，１５が内部に設けられたロータハウジング
つまりケーシング１２を備えている。雌ロータ１４は孔
１３の内部に配置されており、雄ロータ１６は、孔１５
の内部に配置されている。これらの一対の孔１３，１５
は、それぞれ、平行な軸Ａ，Ｂに沿って延びている。
【００１２】図示されている実施例では、雌ロータ１４
が、６つの溝部により分割された６つの突出部１４Ａを
備えており、雄ロータ１６が、５つの溝部により分割さ
れた５つの突出部を備えている。雌ロータ１４および雄
ロータ１６のどちらを原動機（図示せず）に連結して駆
動ロータとすることも可能である。雌ロータおよび雄ロ
ータの突出部および溝部の数の組み合わせを、別のもの
にすることもできる。
【００１３】ここで図２および図３を参照すると、ロー
タ１４は軸部２３を備えており、ロータ１４の端部に設
けられた端面２４が、軸部２３の径方向外側に配置され
ている。ロータ１４の軸部２３は、吐出側のケーシング
５３の内部で、１つもしくは複数の軸受３０により支持
されている。同様に、ロータ１６は軸部２５を備えてお
り、ロータ１６の端部に設けられている端面２６が、軸
部２６の径方向外側に配置されている。ロータ１６の軸
部２５は、吐出側のケーシング５３の内部で、１つもし
くは複数の軸受３１により支持されている。ロータ１４
およびロータ１６の吸入側の軸部２７，２８は、それぞ
れ、ころ軸受３２，３３によって支持的にハウジング１
２内部に受容されている。
【００１４】例えば冷媒用圧縮機としての運転中、雄ロ
ータ１６が駆動ロータであると仮定すると、この雄ロー
タ１６によって、これとかみ合う雌ロータ１４が駆動さ
れ、雌ロータ１４が回転する。各孔１３，１５の内部に
配置された回転する雌ロータ１４および雄ロータ１６の
相互作用によって、冷媒ガスが吸入口１８を介してロー
タ１４，１６の溝部に導かれる。これらのロータ１４，
１６は、互いにかみ合うことによって、ガスをトラップ
してその体積を圧縮し、圧縮された高温ガスを吐出ポー
ト１９に移送する。上述した理由により、ロータ１４，
１６の吐出側端部における各端面２４，２６と吐出側ケ
ーシング５３の端板５５の対向面５１との間に、端部運
転隙間６０を設ける必要がある。このような端部運転隙
間６０は、ロータの端面２４，２６と、端板５５の対向
面５１と、の最も近接した接合面の間の領域として定義
される。このような端部運転隙間６０によって、ロータ
の端面２４，２６と吐出側ケーシング５３の端板５５と
の間に、円周方向および径方向への潜在的なガスリーク
経路が画定される。油が使用される一般的なコンプレッ
サにおいては、端部運転隙間６０内部へと必然的に流入
する潤滑油がシールとして機能することによって、端部
運転隙間６０を介したガスのリークが抑制されるように
なっている。
【００１５】本発明のスクリューマシンでは、膨張およ
び収縮が連続的に生じる迂回したリーク経路が端部運転
隙間に亘って設けられていることによって、この端部運
転隙間を介して生じる圧縮されたガスのリークが低減さ
れている。図４に示された本発明の実施例では、ロータ
の端面２４，２６の表面が、ハニカム状面６５を備えて
いる。図５に示されているように、ハニカム状面６５
は、各空隙壁部部材８０により分割された複数の独立し
た小さな空隙７０を備えている。リークガスは、端部運
転隙間６０を通過する際に、ロータ端面２４，２６のハ
ニカム状面６５を通過する必要がある。リークガスは、
このようにハニカム状面６５を通過する際に、これらの
空隙および空隙壁部を通過するため、リークガスの膨張
および収縮が反復的に行われることとなり、これによっ
て、リークを減少させるような効果が生じる。
【００１６】図６に示された本発明の実施例では、吐出
側ケーシング５３の端板５５の対向面５１が、ハニカム
状面６５を備えており、このハニカム状面６５は、図５
に示されるように、各空隙壁部部材８０により分割され
た複数の独立した小空隙７０を備えている。リークガス
は、端部運転隙間６０を通過する際に、ロータ端面２
４，２６のハニカム状面６５を通過する必要がある。こ
のリークガスは、ハニカム状面６５を通過する際に、こ
れらの空隙および空隙壁部を通過するため、リークガス
の膨張および収縮が反復的に行われることとなり、これ
によって、リークを減少させるような効果が生じる。
【００１７】シールが一方向にしか行われない一般的な
ラビリンスシールとは異なり、表面がハニカム状パター
ンの空隙構造を有する場合には、径方向および円周方向
へのガスリークを防止し得る効果的なシールを行うこと
ができる。ハニカム状構造が、互いに連結された壁部部
材８０の網目構造により分割されている複数の独立した
開口空隙７０を有するものを意味することは理解される
べきである。これらの空隙は、実際には、ハニカム状の
ように類似した六角形状を有する必要はない。空隙７０
の開口領域の深さ、形状および寸法は、本発明では重要
ではなく、設計上の選択事項である。
【００１８】本発明は、ツインロータスクリューマシン
について図示および説明が行われたが、３つ以上のスク
リューマシンにも利用できる。従って、本発明は、付随
の請求項の範囲にのみ制限されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】スクリューマシンの横断面図。
【図２】図１のスクリューマシンの部分断面図。
【図３】図１のスクリューマシンの吐出側端部の一部を
示す拡大図。
【図４】ロータの端面の１つの実施例を示す、図３の線
４−４に沿ったロータの端面図。
【図５】ハニカム状面構造の特定の実施例を示す拡大
図。
【図６】本発明の他の実施例を示す、図３の線６−６に
沿ったハウジングの端板の端面図。
【符号の説明】
１０…スクリューマシン １２…ケーシング １３，１５…孔 １４…雌ロータ １６…雄ロータ ２３…軸部 ２４…端面 ２５…軸部 ２６…端面 ３０…軸受 ３１…軸受 ５１…対向面 ５３…吐出側ケーシング ５５…端板

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スクリューマシンであって、平行である
    とともに一部が重複した少なくとも一対の孔と、対向面
    を有する吐出側ケーシングと、前記の少なくとも一対の
    孔の内部に配置されたかみ合うロータの組と、を備えて
    おり、各ロータは端面を有し、前記ロータの前記端面
    は、前記吐出側ケーシングの前記対向面から離間されて
    いるとともに、前記対向面と協働して端部運転隙間を画
    定しているものにおいて、前記ロータの前記端面と前記
    吐出側ケーシングの前記の対向面の少なくとも一方の表
    面が、互いに連結された壁部部材の網目構造により分割
    された複数の独立した空隙を備えていることを特徴とす
    るスクリューマシン。
  2. 【請求項２】 前記の互いに連結された壁部部材の網目
    構造により分割された複数の独立した空隙は、前記ロー
    タの前記端面に形成されていることを特徴とする請求項
    １記載のスクリューマシン。
  3. 【請求項３】 前記の互いに連結された壁部部材の網目
    構造により分割された複数の独立した空隙は、前記外側
    ケーシングの前記の対向面に形成されていることを特徴
    とする請求項１記載のスクリューマシン。
JP2000377025A 1999-12-20 2000-12-12 スクリューマシン Pending JP2001193678A (ja)

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US09/467,266 US6290480B1 (en) 1999-12-20 1999-12-20 Screw machine
US09/467266 1999-12-20

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EP (1) EP1111187A3 (ja)
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