JP2001515992A - 無潤滑ねじロータ装置 - Google Patents
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- Y10S418/00—Rotary expansible chamber devices
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Abstract
Description
じロータコンプレッサに関するものである。
をより少なくするコンプレッサとして使用される。
より、オイルで潤滑される軸受に取付けられる。
、無潤滑部分が破裂し得、または他の方法では無潤滑部分に漏れが生じ得ること
があることである。この性質によりオイルが漏れると、オイルでガスを汚染する
ことになる。
イルによって汚染されないねじロータ機械を提供することである。
用なねじロータ機械を提供することである。
用される軸受潤滑剤は添加物を含まない単なる水、または凝固点降下剤、粘性向
上剤及び(または)腐食抑止剤を添加されている水である。
受ハウジングの各々の一つに動圧的及び静圧的両方で作用するスライドスラスト
軸受が含まれており、前記スラスト軸受の相手側部分が動作チャンバ、または機
械ガス流入口に接続されている間、シャフトの最も近くに配置されたスライド軸
受のその一部がラジアルスライド軸受、または滑り軸受を介して潤滑剤源に流体
接続される。
に説明する。
明する。
及び前記端部壁部間に延びる筒形壁部105によって画成された動作チャンバに
回転可能に取付けられる。筒形壁部105は、図2から明らかなように二つの相
互に交差する筒形状に概して対応する形状を有する。各ねじロータ101、10
2には、複数のそれぞれの丸い突出部106、107及びロータに沿ってそれぞ
れ螺旋形に延びる中間溝111、112が含まれている。一方のロータ101は
、各丸い突出部106の大部分がピッチ円の外側に配置される雄型ロータであり
、他のロータ102は各丸い突出部107の大部分がピッチ円の内側に配置され
る雌型ロータである。雌型ロータ102は通常、雌型ロータ101より多くの丸
い突出部を有する。代表的組合せは、雌型ロータ101が4個の丸い突出部を有
し、雌型ロータ102が6個の丸い突出部を有するものである。
チャンバに供給され、その後、ロータとチャンバ壁部間に画定されたV字形状の
動作チャンバで圧縮される。各動作チャンバはロータ101、102の回転にと
もなって、図1の右側へ移動する。このように,動作チャンバの容積はそのサイ
クルの後の部分の間、切り込みされた流入口108との連通の後に連続的に減少
する。これにより、ガスが圧縮され、かつ圧縮ガスは流出口109を通ってコン
プレッサを出て行く。流入口圧力に対する流出口圧力の比率は、流入口108と
のその連通が遮断された直後の動作チャンバの容積とそれが流出口109との連
通を開始した時の前記動作チャンバの容積との内蔵された容積測定関係によって
決定される。
スクリューコンプレッサに対して定義される。この容積は雌型ロータの回転当た
りの容積として表わされる。AM及びAFはロータシャフトに対する断面におけ
るそれぞれの雌型ロータ溝111及び雌型ロータ溝112の断面積である。これ
らの断面積AM及びAFは図2の斜線領域である。Lはロータ長さ、かつZMは
雌型ロータ丸い突出部の数である。
る。
1、32に取付けられ、それぞれの軸受ハウジング21、22の中に延びている
。軸受ハウジング21は側壁104に配置され、他の軸受ハウジング21は対向
する側壁、または側壁103に配置される。
て配置される距離より約0.5mm短い。この機能を図3に示す。このように,ロー タ102は軸線方向に移動する。
受1に取付けられる。トラニオン31はトラニオン32より長く、かつスラスト
スライド軸受9、10が設けられており、スラストスライド軸受にはトラニオン
31に固定して取付けられかつ前記トラニオンと共に移動可能な部分9、及び軸
受ハウジングに取付けられた静止部分10が含まれる。ロータのすぐ近傍に置か
れているトラニオン取付け環状軸受部分のその側壁は、トラニオン31に接続さ
れたロータ102の端部壁13が側壁104の内面12に対して位置する時、ス
ラストスライド軸受の反対側の他の部分10からせいぜい0.1mmである。このよ うに、ロータ102は側壁104の端部壁12からせいぜい0.1mmの距離から軸 線方向に移動できる。
開放する少なくとも一つのチャンバ2、好ましくは二つのチャンバが含まれる。
ラジアルスライド軸受1に二つのチャンバ2が含まれる場合は、それらが直径に
沿って交互に配置されているが、前記チャンバは非対称に配置されることが好ま
しい。各チャンバ2は通路3を介して潤滑剤源(図示せず)に接続される。通路
3はチャンバ2からラジアルスライド軸受1を通り、かつその後、それぞれの側
壁103、104を通って半径方向にかつそこから(図示せず)潤滑剤源へ延び
る。潤滑剤は水、または水を基本とした液体である。水を基本とした液体には水
の他に、腐食抑止剤、粘性向上剤、及び/または凝固点降下剤が含まれる水溶性
液体であってよい。このような薬剤は公知であり、かつ市販されている。水の含
有率は少なくとも60%であることが好ましい。
る距離で終端する溝の形状をしている。従って、それ故、このように,スライド
軸受1はその軸線方向端部に円形の断面積を有し、かつそれと共にそれぞれのト
ラニオン31、32との円筒形接触範囲を有する。
空間7に接続される。
それらの部分の中に、水(潤滑剤)をいずれかのコンプレッサ流入口へ、または
ロータハウジング及び二つの螺旋形ねじロータ101、102によって区切られ
た前記コンプレッサの動作チャンバへ搬送するのためのそれぞれの流出口27、
28と共に設けられる。
は、シャフト31に固定された部分9が、コンプレッサの動作中変化するクリア
ランスと接触するスライドデイスク10Aが含まれる。スライドデイスク10Aは 、球形の部分領域15を有する支持手段10Bを介して、軸受ハウジング21に
取付けらた静止要素16に調整可能に固定され、前記要素16は、部分領域15
に相補的な部分領域を有している。クリアランス62はスライドデイスク10A
、支持手段10B及び要素16間に設けられる。
に固定されるリング9Aが含まれる。軸受要素9Bはリング9Aに固定される。
なるリング9Aとスライドデイスク10A間に配置される。
9Aを示し、かつ図6は図5のVI−VI線から見た断面図である。軸受要素9Bは
環状、またはリング形状を有し、ここでは、内径がシャフト31の直径に対応し
ている。軸受要素9Bは、トラニオン31と共にスライドリングに向って開口す
るリング状通路17を形成する。複数の通路18が通路17から軸受要素の外周
に向って半径方向に延びる。これらの半径方向通路18もスライドデイスク10
Aに向って開口する。隣接して配置された通路18は半径方向通路18に接続す
る凹部領域19である。凹部領域19の表面は、図6から明らかなように、軸受
要素9Bの表面20、半径方向通路18底部表面に非常に密着して位置している
。
するため意図したリング状領域外周に最も接近している。
れらの部分は、スライドデイスク10Aとの接触のため意図されたものである。
て圧力Plになっているチャンバ2へ供給される。トラニオン31に向って開口
するチャンバ2を含まないラジアルスライド軸受1のこれらの部分は、チャンバ
2からの水の流れを制限する圧縮部を画定する。これらの軸線方向の圧縮部には
4、5と参照番号を付してあり、チャンバ2に対して通路3の流入開口の外側に
左右対称に位置することが好ましい。軸受1は流体力学的な原理に従って動作す
る。
圧縮部4とロータハウジングの端部壁12との間に配置される。ギャップ6は平
均圧力Pmになっており、平均圧力はコンプレッサ流出口圧力Pdとコンプレッ
サ流入口圧力Pとの間にある。
って、リング形状ギャップ6に流れ、前記ギャップ6からコンプレッサの動作チ
ャンバへ流れる。
縮部5間に配置される。圧力Piは、スライド軸受1の圧縮部及び軸受要素9B
とスライドデイスク10A間の参照番号8のギャップ領域の比率によって決定さ
れる。説明したようにスライドデイスク10と共同作用する軸受要素表面の詳細
な実施の形態の結果として、ギャップ幅はコンプレッサの動作中変化する。圧力
Piも圧力Pm及びPkによって影響され、ここで、Pmはリング形状ギャップ
6の圧力、及びPkはスラスト軸受9、10の外側のハウジング21の圧力であ
る。従って、 Pl>Pi>Pk である。
流体力学力成分FDYNは、軸受要素9Bの凹部領域19によって発生し;流体
静力学成分FSTたTは、スラストスライド軸受9、10及び差圧(Pi−Pk )によって発生する。
として機能する。平衡状態になると、トラニオン31は力FALに等しく、しか
し反対方向に作用する力FAEによって作用される。FDYNが増大すると、図
で左側に作用する力FALも増大する。それにともなってロータ102はロータ
ハウジングの端部表面12に向って引かれ、その間のギャップは増大し、かつリ
ング形状ギャップ6の圧力は上昇する。この圧力増大は力FAEの効果を打ち消
す力FALの増大させる。
はこの圧力より高く選択してよい。圧力Pkは、軸受ハウジング21が排出され
る手段の適切な位置によって選択される。流入口通路108をこのような手段に
よって選択すると、動作空間のガス容積が流入口から遮断され、かつ圧縮が開始
される位置が選択されていると、PkはPに等しく、一方PkはPより高くなる
。
スラスト軸受9、10の領域は、 FAL>FAE となるように寸法を決められ、その結果、非回転ロータ101、102がハウジ
ングの端部表面12に向って引かれ、かつコンプレッサが始動するとこの位置を
占有することになる。
作空間に発生したガスの力は力FALとは反対方向のロータに作用し、かつそれ
と共に端部表面12から離れてロータ101、102を動かすことになる。全ク
リアランスの分布、または遊びS=S1(端部表面クリアランス)+S2(スラ
スト軸受クリアランス)はガスの力、またはPdによって、かつ加えられた水圧
Plによって、かつ軸受ハウジング21の圧力Pkによって制限されることにな
る。
の外側領域で著しく下降し、その結果、スライドスラスト軸受の潤滑が不十分に
なる。十分な潤滑を得るため、クリアランス62の圧力を増大させる必要がある
。これは、例えば、潤滑剤を要素16を通過する半径方向通路を介してクリアラ
ンス62へ供給することにより達成される。このように,リング形状空間7に隣
接する要素16に設けられた圧縮部を通ったリング形状空間7に浸透する供給潤
滑剤は、リング形状空間7から離れた第二通路から取り出される。
は硬質の、非腐食性金属、または硬質高分子複合材料から構成されている。
、または腐食保護塗布を施される金属製である。
することができる。これはオイル潤滑剤システムと無潤滑部分間の軸線方向のシ
ールを不要にし、シール、しばしば機械的接触シールによる誤動作の危険を排除
する。
む対応するねじロータ機械の電力消費よりも5〜10%少ないことが見出されている
。
かつ機械的シールを欠くことのできないような機械の費用より幾分低い。
離器41、熱交換器40、及び第二空気分離器42が含まれる。第一空気分離器
は導管43によってコンプレッサKの流出口109に接続され、かつその上方部
分の圧縮ガスのための第一流出口44、分離された水のための下方部分の第二流
出口45の二つの流出口44、45を有する。第一空気分離器の第二流出口45
は熱交換器40に接続される。熱交換器40はフィルター46を含んでよい導管
53によって第二空気分離器42に接続される。
口47、僅かの低ガス含有率を有し、かつコンプレッサKのための潤滑剤源とし
て使用される水のための第二流出口48とを有している。流出口48から延びる
導管50は分岐点51でコンプレッサの軸受を潤滑するための導管の中に分岐し
ていおり、これらの導管は図3で参照番号3が付けられている。このように、分
離器42の水の方が潤滑剤源である。
コンプレッサKの動作チャンバに供給される。フィルター及びイオン交換器また
はそのいずれかが第二空気分離器42とコンプレッサK間に設けられてよい。フ
ィルター及びイオン交換器またはそのいずれかは図示されていない。熱交換器4
0を通過する水は例えば、水、または空気で冷却される。
、熱交換器40と第二空気分離器24と前記コンプレッサの流出口端部のコンプ
レッサKの動作チャンバとの間に設けられることが好ましい。導管53にフィル
ターが含まれる場合は、導管54は熱交換器40とフィルター46の間で導管5
3から分かれる。
縮される。圧縮ガスは流出口109及び導管43を通って第一空気分離器41へ
供給され、空気分離器では水がガスから分離され、かつ分離器の底部で収集され
る。水が取除かれた空気は流出口44を介して空気分離器41の上方部分に取り
出される。水を第一空気分離器41から第二空気分離器42へ供給するのに先だ
って、水は熱交換、例えば、周囲の大気による、または水などの液体媒体による
熱交換によって冷却される。
動作チャンバへ直接進む。前記水の残りは第二空気分離器42へ供給される。
コンプレッサKの流入口端部を通る近くの)コンプレッサKの閉鎖動作チャンバ
へ供給される。基本的にすべての空気を第二空気分離器41で取り除いた水は、
ポート48及び導管50を通って分離器から出る。この水は上記方法でコンプレ
ッサKの軸受を潤滑するため使用される。
る。
Claims (23)
- 【請求項1】 ロータシャフト(111)に垂直な平坦端部表面(12、1
3)を有し、相互に共働するねじロータ(101、102)と; 前記端部表面から突出するトラニオン(31、32)と; 前記ねじロータ(101、102)を収容し、かつトラニオン(31、32)の
ための軸受ハウジング(21、22)が設けられ、二つの相互に対向する平行側
壁(103、104)を有する筒形壁部(105)とを有し; 前記側壁(103、104)間の距離がロータの長さより大きく、かつロータが
前記側壁(103、104)間で軸線方向に移動可能であり、かつロータ端部表
面(それぞれ12及び13)と間隔をおいて関連配置された、各軸受ハウジング
(21、22)におけるラジアルスライド軸受(1)と; トラニオン(31、32)のすぐ近傍に位置し、かつ機械の動作中ラジアルスラ
イド軸受(1)に潤滑剤を供給する、加圧潤滑剤源をライド軸受(1)の領域へ
接続する通路(3)と; 第一及び第二圧力下のガスのためのロータハウジング流入口及び流出口手段と; をさらに有する回転スクリュー機械において、 ラジアルスライド軸受(1)が、トラニオン(31、32)に対して開口する少
なくとも一つのチャンバ(2)を有し、かつチャンバ(2)の各側面に圧縮部(
4、5)を画定する軸線方向の範囲を有するスリーブ状要素であり; チャンバ(2)が潤滑剤源に流体接続し; かつ潤滑剤が水溶性液体である ことを特徴とする機械。 - 【請求項2】 圧縮部(5)を画定し、かつ第二圧縮部(4)よりロータハ
ウジングから大きな距離をおいて配置されるチャンバ(2)の一つの軸線方向の
範囲が、チャンバ(2)をスライド軸受(1)の外側に接続する通過通路を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の機械。 - 【請求項3】 スリーブ状要素(1)が二つの相互に間隔をおいて配置され
たチャンバ(2)を有することを特徴とする請求項1または2に記載の機械。 - 【請求項4】 チャンバ(2)が、前記圧縮部(4)でギャップ状空間(6
)と流体接続し、前記空間が、側壁(103、104)及びロータ端部壁(それ
ぞれ13及び12)によって画定されることを特徴とする請求項1、2、または
3に記載の機械。 - 【請求項5】 各ロータ(101、102)のための軸受ハウジング(21
、22)が、相互に共働するロータによってロータハウジングに形成された通路
と軸受ハウジング(21、22)との間の第二流体接続部(25、26)を含み
、ラジアルスライド軸受(1)が、ロータハウジングと前記軸受ハウジングの第
二流体接続部(6)のオリフィスとの間に配置されることを特徴とする請求項4
に記載の機械。 - 【請求項6】 トラニオン(31)が、それに固定装着されるディスク(9
)を有し、ロータのすぐ近傍に位置するそのディスクの側面が、軸受ハウジング
(21)に静止的に取付けられたスラスト軸受デイスク(10)に摺動的に当接
し、前記スラスト軸受デイスク(10)がデイスク(9)とロータに最も近接して 配置されたラジアルスライド軸受(1)との間に配置されることを特徴とする請
求項4または5に記載の機械。 - 【請求項7】 スラスト軸受デイスク(10)に隣接するデイスク(9)の領 域が、少なくとも一つのリング形状領域をデイスク周辺部に含むことを特徴とす
る請求項6に記載の機械。 - 【請求項8】 デイスク(9)は、スラスト軸受デイスク(10)と凹部領域 (19)を係合する一つの側壁とに向って開口して半径方向に延びる溝(18)
を含むことを特徴とする請求項7に記載の機械。 - 【請求項9】 リング形状領域が、ロータハウジングのロータによって形成
された通路と流体接続する軸受ハウジングの外周部に対して、シールを形成する
ことを特徴とする請求項7または8に記載の機械。 - 【請求項10】 ロータの端部表面(121)及びロータハウジングの端部
表面(104)が、第二スラスト軸受として機能し、スラスト軸受(9、10)
の領域が、チャンバが加圧され、かつロータ(102)が静止している時、ロー
タ(102)が前記端部壁に向って移動するように寸法決めされていることを特
徴とする請求項9に記載の機械。 - 【請求項11】 ロータ(101、102)が、機械の動作中にロータハウ
ジングで作用するガスの力によって、側壁(104)から間隔をおいて保持され
ることを特徴とする請求項10に記載の機械。 - 【請求項12】 潤滑剤のロータハウジングへの供給のための軸受ハウジン
グ(21)とロータハウジング、またはロータハウジング流入手段(108)間
に通路(25)を有する特徴とする請求項1または2に記載の機械。 - 【請求項13】 各ロータの二つの軸受ハウジング(21)の一つが、動圧
的及び静圧的作動するスライドスラスト軸受(9、10)を有する機械において
、 トラニオン(31)にすぐ近傍に配置されたスラストスライド軸受(9、10)
の部分が、ラジアルスライド軸受(1)を介して潤滑剤源と流体接続し、前記ス
ライドスラスト軸受の対向部分が機械内の動作空間と、または機械流入口(10
8)と流体接続することを特徴とする請求項1または2に記載の機械。 - 【請求項14】 少なくとも一つのロータが、高分子複合材料から成ること
を特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載の機械。 - 【請求項15】 機械が、コンプレッサであることを特徴とする請求の範囲
1から14のいずれか一項に記載の機械。 - 【請求項16】 水の他に水を基本とする液体が、凝固点降下剤、粘性向上
剤及び(または)腐食抑止剤を含有することを特徴とする請求項1〜15のいず
れか一項に記載の機械。 - 【請求項17】 水を基本とする液体が、添加物を含有しない水であること
を特徴とする請求項1〜15のいずれか一項に記載の機械。 - 【請求項18】 ねじロータ機械が、コンプレッサであることを特徴とする
請求項17に記載の機械。 - 【請求項19】 コンプレッサ流出口手段が、分離された水の流出口及びガ
ス流出口を有する水分離器に接続され;分離された水の流出口が、導管を介して
接続され、コンプレッサロータを潤滑し冷却するためにコンプレッサロータハウ
ジング内の開口部へ流入することを特徴とする請求項18に記載の機械。 - 【請求項20】 水分離器が、分離された水のための第二流出口を含み; 分離された水のための第二流出口が、導管(3)及び第二ガス流出口と接続する
第二分離水流出口を有する第二水分離器に接続され、 前記第二水分離器が、潤滑剤源であることを特徴とする請求項19に記載の機械
。 - 【請求項21】 潤滑剤源と前記導管(3)との間のガスとカチオンを分離
する手段であること特徴とする請求項19または20に記載の機械。 - 【請求項22】 第二ガス流出口が、戻り導管を介してコンプレッサに接続
されることを特徴とする請求項20に記載の機械。 - 【請求項23】 戻り導管がスロットル手段、例えば圧縮部または毛細管が
含むことを特徴とする請求項22に記載の機械。
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