JP2004278309A - Gas compressor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーエアコンシステムやGHPシステム等の空調システムに用いられるベーンロータリー式の気体圧縮機に関する。
【0002】
【従来の技術】
GHPシステム等の空調システムでは、オゾン層破壊防止のための冷媒の変更に伴う効率低下を防止する対策や、地球温暖化防止のための省動力化が要望されている。このため、空調システムに用いるベーンロータリー式の気体圧縮機についてもその性能を向上させる必要性が高まっている。
【0003】
図9は、従来のベーンロータリー式の気体圧縮機の構造例を示した断面図である。同図の気体圧縮機は、内周略楕円形状のシリンダ4内に断面真円形状のロータ8が回転可能に横架され、そのロータ8の外周面からシリンダ4の内周面に向かって出没可能なベーン13を複数具備する構造となっている。そして、ベーン13によりシリンダ4とロータ8の間のシリンダ内空間が複数の小室に仕切られ、この仕切られた小室が圧縮室14として機能する。すなわち、圧縮室14は、ロータ8の回転により容積の大小変化を繰り返し、この容積変化により冷媒ガスの吸入、圧縮、吐出という一連の動作を行なう。
【0004】
上記のような構造からなるベーンロータリー式の気体圧縮機の性能を向上させる手段としては、次の(1)〜(4)等の方式が提案・実施化されている。
【0005】
(1)ロータ8とシリンダ4の最小隙間、具体的にはシリンダ楕円短径部4aにおけるロータ8とシリンダ4の隙間G3(以下、ロータ周方向隙間という。)についての隙間設定値の最小値(MTC(Minimum Top Clearance))を小さくし、これにより内部リークを抑制し、体積効率の向上を図る。
【0006】
尚、内部リークとは、容積減少により圧縮され高温・高圧化した冷媒ガスを含んでいる圧縮室14‐1(最高圧部)から、ロータ周方向隙間G3を介して吸入室(図示省略)等の低圧部側へ、高温・高圧の冷媒ガスがリークするという現象等をいう。
【0007】
(2)ベーン13底部側、具体的にはベーン13底部とベーン溝12底部との間の隙間空間G1(以下、ベーン底部隙間空間という。)にはオイルによるベーン背圧が供給されるが、このベーン背圧を下げることにより、ベーン13先端部のシリンダ4内周面への押付け力を低下させ、ベーン13の摺動抵抗を減らし、動力の低減を図る。
【0008】
(3)冷媒ガスの吸入流路や吐出流路における抵抗を少なくすることにより、体積効率を向上させるとともに動力を低減する。
【0009】
(4)気体圧縮機からそれ以外の空調システム構成要素側へのオイルの流出を低下させるとともに、気体圧縮機内部の隙間部、具体的にはロータ周方向隙間G3等へのオイルの供給量を増やし、オイルシールによってロータ周方向隙間G3等を介する内部リークを抑制し、体積効率を向上させる。
【0010】
図9に示す構造のベーンロータリー式の気体圧縮機では、特に、上記(1)のロータ周方向隙間G3の幅設定値が気体圧縮機の性能の良悪を大きく左右する要因となる。これは、ロータ周方向隙間G3の部分が最高圧部と最低圧部の境界となるため、ロータ周方向隙間G3の部分で内部リークが発生しやすく、ロータ周方向隙間G3の幅設定値の如何によって、内部リーク量が変わってくるためである。すなわち、ロータ周方向隙間G3の幅設定値が小さければ、それだけロータ周方向隙間G3を介する内部リーク量が減り、体積効率が向上する。一方、ロータ周方向隙間G3の幅設定値が大きければ、それだけロータ周方向隙間G3を介する内部リーク量が増え、体積効率が低下する。
【0011】
したがって、ロータ8とシリンダ4との最小隙間(ロータ周方向隙間G3)のシール性向上による体積効率の向上と、それによる圧縮機の性能の向上を図るという観点から見る限りは、ロータ周方向隙間G3はできる限り小さい方が望ましい。
【0012】
しかし、ロータ周方向隙間G3の幅設定値を小さくしすぎると、気体圧縮機の過酷な運転状況下、例えば、真夏の炎天下において気体圧縮機をフル稼働運転した場合等に不具合が生じる。
【0013】
すなわち、過酷な運転時と定常運転時とでは、特に過酷な運転時において、ロータ8の軸心に一体に設けられたロータ軸7の軸振れ量が大となることや、ロータ8およびシリンダ4の径方向の弾性変形や熱変形との関係からロータ周方向隙間G3が狭くなるため、過酷な運転時の方がロータ周方向隙間G3の部分でロータ8とシリンダ4の接触が生じやすくなり、その接触による焼き付きやかじりが発生するという問題が生じる。
【0014】
そこで、従来は、上記のような焼き付きやかじりを防止する手段として、図9に示した通り、▲1▼ロータ8の外周面を銅または鉛等のメッキ60でコーティングするか、または、図示は省略するが、▲2▼ロータ8の外周面をフッ素樹脂等の化成被膜でコーティングするものとしている。(上記▲1▼の例については特許文献1参照。上記▲2▼の例については特許文献2参照。)
【0015】
しかしながら、上記のようなメッキ60や化成被膜のコーティング層は基本的に剥れやすい。特に、フッ素樹脂のコーティング層はその材質そのものが柔らかいため、気体圧縮機の過酷な運転時にシリンダとの繰り返しの接触で徐々に摩耗し薄くなる。コーティング層が薄くなると、該コーティング層による焼き付きやかじりの防止効果が低下し、ロータ8とシリンダ4の焼き付きやかじりが発生しやすくなるという問題が生じる。これに加えてさらに、コーティング層が薄くなった分だけロータ周方向隙間G3が広がるため、ロータ周方向隙間G3を介する内部リーク量が増え、体積効率が低下し、圧縮機の性能が悪化するという問題も生じる。
【0016】
【特許文献1】
特開昭60‐34589号公報
【0017】
【特許文献2】
特開昭60‐4787号公報
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、焼き付きやかじりを生じさせることなく、ロータとシリンダとの最小隙間の幅設定値を小さくし、最小隙間のシール性向上による体積効率の向上と、それによる圧縮機の性能の向上を図るとともに、その高い性能を長期間維持することが可能な気体圧縮機を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、鋳鉄製のシリンダと、上記シリンダ内に回転可能に横架された鋼材製のロータと、上記ロータの外周面から上記シリンダの内周面に向かって出没可能に設けられるとともに、上記シリンダとロータの間のシリンダ内空間を複数の小室に仕切るベーンと、上記ベーンにより仕切られた小室からなるとともに、上記ロータの回転により容積の大小変化を繰り返し、この容積変化により冷媒ガスを吸入、圧縮し吐出する圧縮室とを有し、上記シリンダの内周と上記ロータの外周の双方またはそのいずれか一方が、浸硫窒化処理または浸硫処理により改質してなる表面改質層からなることを特徴とするものである。
【0020】
本発明では、シリンダとロータの最小隙間部においてシリンダとロータが接触した場合に、表面改質層によりそのシリンダとロータの接触による焼き付きやかじりが防止される。
【0021】
本発明において、上記シリンダは内周が楕円状に形成され、上記シリンダ内周全体のうち、少なくとも該シリンダ楕円短径部のシリンダ内周が上記表面改質層からなる構造を採用してもよい。
【0022】
また、本発明において、上記ロータは断面真円形状に形成され、上記シリンダは内周が略楕円状に形成されるとともに、そのシリンダ楕円短径部のシリンダ内周部分に、上記ロータの外周面と同様の真円の円弧面が形成されてなり、上記シリンダ内周全体のうち、少なくとも上記真円の円弧面を含む上記シリンダ楕円短径部のシリンダ内周が上記表面改質層からなる構造を採用することもできる。
【0023】
本発明は、内周略楕円状に形成された鋳鉄製のシリンダと、上記シリンダ内に回転可能に横架された鋼材製のロータと、上記ロータの外周面から上記シリンダの内周面に向かって出没可能に設けられるとともに、上記シリンダとロータの間のシリンダ内空間を複数の小室に仕切るベーンと、上記ベーンにより仕切られた小室からなるとともに、上記ロータの回転により容積の大小変化を繰り返し、この容積変化により冷媒ガスを吸入、圧縮し吐出する圧縮室とを有し、上記シリンダの内周または上記ロータの外周が、浸硫窒化処理または浸硫処理により改質してなる表面改質層からなり、上記シリンダの楕円短径部における該シリンダと上記ロータの隙間設定値の最小値が、下記A、B、C、Dの値の総和より小さいことを特徴とするものである。
<A>: Aは、上記ロータの軸心に一体に設けたロータ軸を支持する軸受穴の最大径から該ロータ軸の最小径を引いた値である。
<B>: Bは、気体圧縮機の運転中に上記シリンダの楕円短径部が径方向に弾性変形するときの最大弾性変形量である。
<C>: Cは、気体圧縮機の運転中に上記ロータが上記ロータ軸を支点として径方向に弾性変形するときの最大弾性変形量である。
<D>: Dは、気体圧縮機の運転中に上記ロータが径方向に熱変形するときの最大熱変形量から、気体圧縮機の運転中に上記シリンダ楕円短径部が径方向に熱変形するときの最大熱変形量を引いた値である。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る気体圧縮機の実施形態について図1ないし図8を基に詳細に説明する。
【0025】
図1は本発明の実施形態である気体圧縮機の断面図である。同図の気体圧縮機は、一端開口型コンプレッサケース1内に圧縮機構部2を収納し、該コンプレッサケース1の開口端にフロントヘッド3を取り付けてなる、いわゆるシェル構造を採用している。
【0026】
圧縮機構部2は内周略楕円状のシリンダ4を有し、シリンダ4のフロント側とリア側の端面にはサイドブロック5、6がそれぞれ取り付けられ、また、シリンダ4の内側には断面真円形状のロータ8がロータ軸7を介して回転可能に横架されている。シリンダ4は鋳鉄で作製され、ロータ8は浸炭焼入れ鋼等の鋼材で作製されている。
【0027】
ロータ軸7はロータ8の軸心に一体に設けられ、かつ、フロント側およびリア側のサイドブロック5、6に設けた軸受9、10を介して支持されている。この両サイドブロック5、6の軸受9、10はそれぞれのサイドブロック5、6の表裏面を貫通する軸受穴から構成されている。
【0028】
ロータ軸7のフロント側端部7Fは、フロント側サイドブロック5の軸受9からフロントヘッド3を貫通し該フロントヘッド3のボス部3‐1中央から外部へ突出する構造となっている。尚、フロントヘッド3を貫通するロータ軸7の周面側にはシール部材11が設けられ、このシール部材11によりフロントヘッド3の内側と外部とが遮断されている。
【0029】
図2に示したように、シリンダ4の楕円短径部4aではそのシリンダ4内周面がロータ8外周面と同様の真円の円弧面となっており、本実施形態では、このような真円の円弧面を含むシリンダ楕円短径部4aのシリンダ内周が表面改質層400からなる構造を採用している。
【0030】
表面改質層400は母材であるシリンダ4の内周表面を浸硫窒化処理により改質したものであって、この改質によりシリンダ4内周は、その表面から順に1〜5μmの硫化物層400‐1、5〜25μmの窒化化合物層400‐2、30〜300μmの窒素拡散層400‐3という3層構造をなしている。この3層構造の部分全体が表面改質層400である。
【0031】
最上層の硫化物層400‐1は主としてFeSという化合物成分からなり、固体潤滑作用を有し、耐焼付き性の向上に寄与する。本実施形態の場合、この硫化物層400‐1がシリンダ4内周の最表面(浸硫窒化処理の被処理面)にあってロータ8の外周と直接対向している。中間層の窒化化合物層400‐2は主としてFe3Nという化合物成分からなり、耐磨耗性の向上に寄与する。最下層の窒素拡散層400‐3はシリンダ4の母材である鋳鉄成分中に窒素成分が拡散している層であって、母材強度の向上に寄与する。
【0032】
上記表面改質層400によりシリンダ4とロータ8が焼き付き難くなる。これは、▲1▼表面改質層400の硫化物層400‐1それ自体の潤滑作用と、▲2▼表面改質層400全体により同種金属同士の接触が回避されることと、▲3▼表面改質層400の主に窒素拡散層400‐3によりシリンダ4内周とロータ8外周の硬度のバランスがよくなることとの相乗効果であると考えられる。
【0033】
すなわち、硫化物層400‐1はオイルの中の油性剤と極圧剤のような役割を果たしている。例えば、シリンダ4とロータ8の間の油膜が何らかの原因(過負荷、高温またはオイル供給不足など)で切れた場合に、この硫化物層400‐1がその油膜の代わりになる。
【0034】
シリンダ4の母材である鋳鉄とロータ8の構成材である鋼材とは同種金属と考えられるが、このような同種金属同士の接触がこの表面改質層400により回避される。
【0035】
一般に、金属同士が摺接すると基本的に硬度の低い金属の方が摩耗する。鋳鉄からなるシリンダ4は浸炭焼入れ鋼からなるロータ8と比較して硬度が低い。実際のシリンダ4とロータ8の焼付き状態をいくつか見てみると殆どのケースでシリンダ4の方に掘り起こし現象が発生している。本実施形態では、浸硫窒化処理によりシリンダ4内周が硬化し、その硬度が高くなることから、シリンダ4とロータ8の硬度バランスが取れ、シリンダ4側に掘り起こし現象の発生する割合が減り、シリンダ4とロータ8が焼き付き難くなると考えられる。
【0036】
上記の如くシリンダ楕円短径部4aのシリンダ内周表面のみに浸硫窒化処理を施したのは、そのシリンダ楕円短径部4a付近では、ロータ8とシリンダ4との間隔が最も狭く、ロータ8の外周面がシリンダ4の内周面に接触して、焼き付きやかじりといった現象が発生しやすいためである。
【0037】
したがって、焼き付き等の防止を図るという観点からすれば、少なくともシリンダ楕円短径部4aのシリンダ内周表面に浸硫窒化処理が施されていれば足りるが、シリンダ4の内周表面全体に浸硫窒化処理を施してもよい。この場合はシリンダ楕円短径部4aのシリンダ内周表面以外の部分をマスキングする等の作業を省略することができ、作業能率が向上しうる。
【0038】
図2に示したように、ロータ8の外周面にはスリット状のベーン溝12が5つ切り込み形成され、これらのベーン溝12にそれぞれ1枚ずつベーン13が摺動可能に装着されている。このベーン13底部とベーン溝12底部との間の隙間G1(以下、ベーン底部隙間空間という。)は、ベーン13底部へオイルによるベーン背圧を供給するためのベーン背圧空間の一部を構成している。
【0039】
上記各ベーン13は、ロータ8の外周面からシリンダ4の内周面に向かって出没可能に設けられている。これらのベーン13の先端がシリンダ4の内周面に押し付けられることによって、シリンダ4とロータ8の間のシリンダ内空間、すなわち180°対向する位置にある三日月型のシリンダ室がロータ8周方向に複数の小室として仕切られる。この仕切られた小室が圧縮室14であり、圧縮室14はロータ8が図中矢印Rの方向へ回転することにより容積の大小変化を繰り返し、この容積変化により冷媒ガスを吸入、圧縮して吐出するように構成されている。
【0040】
すなわち、圧縮室14の容積変化が生じると、その容積増加時に、吸入室15内の低圧冷媒ガスが圧縮室14へ吸入される。このような圧縮室14への吸入動作は、フロント側サイドブロック5の吸入口(図示省略)やシリンダ4の吸入通路16と連通するようにリア側サイドブロック6の端面に掘られた吸入口(図示省略)を介して行なわれる。
【0041】
そして、圧縮室14の容積が減少し始めると、その容積減少効果により圧縮室14内の冷媒ガスが圧縮され始める。その後、圧縮された冷媒ガスの圧力がシリンダ4外部空間の吐出チャンバ18側の圧力よりも高くなると、シリンダ4楕円短径部付近に位置するシリンダ吐出孔19の吐出弁20が開く。
【0042】
上記のようにして吐出弁20が開くと、圧縮室14内の高圧冷媒ガスがシリンダ吐出孔19からシリンダ4外部空間の吐出チャンバ18側へ流出する。ベーン13がシリンダ吐出孔19を通過すると同時に、吐出弁20を挟んだ次の圧縮室14と吐出チャンバ18との圧力差が逆転し吐出弁20が閉じる。
【0043】
吐出チャンバ18側へ流出した高圧冷媒ガスは、シリンダ4やリア側サイドブロック6の吐出通路25‐1、25‐2を通り、リア側サイドブロック6に取り付けられている油分離器21を経て、最後に吐出室22へ吐出される。
【0044】
吐出チャンバ18内に吐出した高圧冷媒ガス中には、圧縮機構部2の摺動部の潤滑や隙間部のシールのためのオイルがミストの状態で含まれている。この高圧冷媒ガス中のオイル成分は油分離器21の分離フィルタ23で分離捕獲され、かつ、吐出室22底部のオイル溜り24に滴下し貯留される。
【0045】
吐出室22底部のオイル溜り24にはその吐出室22の高圧、すなわち圧縮室14から吐出室22内に吐出した高圧冷媒ガスの圧力Pd(以下、吐出圧力という。)が作用している。
【0046】
オイル溜り24のオイルは、圧縮機構部2の摺動部や隙間部、例えば、▲1▼軸受9、10、▲2▼ベーン底部隙間空間G1、▲3▼ロータサイド隙間G2、▲4▼ロータ周方向隙間G3等へ供給される。尚、ロータサイド隙間G2とは、フロント側サイドブロック5またはリア側サイドブロック6とロータ8との間の隙間である。
【0047】
ここで、圧縮機構部2の摺動部や隙間部へのオイルの供給手段について説明する。
【0048】
圧縮機構部2には高圧オイル供給孔50が設けられている。この高圧オイル供給孔50は、その一端50aがオイル溜り24側に開口し、その他端50bがフロントおよびリア側サイドブロック5、6の軸受9、10側に開口する構造であって、かつ、リア側サイドブロック6に穿設した孔50‐1と、これと連通するようにシリンダ4に穿設した孔50‐2と、これと連通するようにフロント側サイドブロック5に穿設した孔50‐3とから構成されている。
【0049】
したがって、本実施形態の気体圧縮機においては、この高圧オイル供給孔50により、オイル溜り24側からフロントおよびリア側サイドブロック5、6の軸受9、10側へ吐出圧力Pd相当の高圧のオイルが供給され、このオイルによって軸受9、10の潤滑が行なわれる。
【0050】
ロータ8の端面と対向しているリア側サイドブロック6の内面にはサライ溝51が設けられている。このサライ溝51は、リア側サイドブロック6の軸受10の周囲に形成され、かつ、その軸受10のクリアランスに開口し連通する構造となっている。また、このサライ溝51には、冷媒ガスの吸入行程から圧縮行程の時期に、ベーン溝12底部側がその側面から対向し連通するように構成されている。このような構造からなるサライ溝51については、フロント側サイドブロック5の内面にも同様に設けられている。
【0051】
ロータ軸7のリア側端面7R側にはリア背圧空間52が設けられている。このリア背圧空間52は、油分離器21およびリア側サイドブロック6の外壁の一部とロータ軸7のリア側端面7Rを含む壁面で形成されている。また、このリア背圧空間52は、リア側サイドブロック6に穿設された中圧オイル供給孔53を介して同リア側サイドブロック6のサライ溝51に連通する構造となっている。
【0052】
したがって、本実施形態の気体圧縮機においては、リア側サイドブロック6の軸受10側へ供給されたオイルは、さらに同軸受10のクリアランスを通過してリア側サイドブロック6のサライ溝51側へ流出し供給されるとともに、同軸受10のクリアランス、リア背圧空間52、中圧オイル供給孔53をその順に通過してサライ溝51側へ流出し供給される。一方、フロント側サイドブロック5の軸受9側へ供給されたオイルは、同軸受9のクリアランスを通過してフロント側サイドブロック5のサライ溝51側へ流出し供給される。
【0053】
この際、軸受9または軸受10のクリアランス通過時に、オイルは絞られ減圧される。これにより、フロントまたはリア側サイドブロック5、6のサライ溝51側へ供給されるオイルの圧力は、いずれも軸受9、10へ供給されるオイルの圧力より低く、吐出圧力Pdと吸入圧力Psの中間の圧力となる。以下、この中間の圧力のオイルを「中圧オイル」という。
【0054】
そして、このサライ溝51内の中圧オイルがベーン背圧としてベーン底部隙間空間G1へ供給される。このベーン底部隙間空間G1からベーン13の底部に中圧オイルの圧力が作用する。ベーン13にはロータ8の回転による遠心力も作用する。このようにベーン13に作用する中圧オイルの圧力と遠心力により、ベーン13はロータ8の外周面からシリンダ4の内周面に向かって飛び出る。
【0055】
また、上記サライ溝51内のオイルはロータサイド隙間G2にも流出し供給される。さらに、ベーン底部隙間空間G1へ供給されたオイルは、ベーン溝12側面とベーン13側面との間の摺動隙間(図示省略)を通り抜けてロータ8の外周面へ流出し、ロータ周方向隙間G3等に供給される。
【0056】
尚、本実施形態の気体圧縮機では、内周略楕円形状のシリンダ4の中心に真円のロータ8を配置することで、ロータ軸7を中心として180°対向する位置に三日月型のシリンダ室が2つ形成される構造を採用している。このため、その双方のシリンダ室において冷媒ガスの吸入・圧縮・吐出という一連の動作を行なうことが可能となっている。また、本実施形態の気体圧縮機では、ロータ8にベーン13を5枚配設しているため、ロータ8が1回転する間に一方の三日月型シリンダ室内では当該ベーン13により仕切られた圧縮室14が5回形成される。したがって、ロータ8が1回転する間に、一方の三日月型シリンダ室で冷媒ガスの吸入・圧縮・吐出という一連の動作が5回行われ、双方のシリンダ室で都合10回行われる。このような構造との関係から、リア側サイドブロック6やフロント側サイドブロック5のサライ溝51については、ロータ軸7を中心として180°対向する位置にそれぞれ1つずつ計2つ設けている。これと同様に吸入通路16、吐出チャンバ18、シリンダ吐出孔19、吐出弁20等についても、それぞれ2つずつ設けている。
【0057】
次に上記の如く構成された本実施形態の気体圧縮機の動作について図1と図2を基に説明する。
【0058】
図1および図2に示したように、本実施形態の気体圧縮機にあっては、その運転を開始すると、ロータ軸7と一体にロータ8が回転し、圧縮機構部2から吐出室22側へ圧縮後の高圧冷媒ガスが吐出され、これにより吐出室22の圧力が高くなる。
【0059】
そうすると、オイル溜り24のオイルが▲1▼軸受9、10、▲2▼ベーン底部隙間空間G1、▲3▼ロータサイド隙間G2、▲4▼シリンダ楕円短径部4a付近のロータ周方向隙間G3等へ供給される。
【0060】
ロータ周方向隙間G3にオイルが供給されると、その供給オイルによる油膜が該ロータ周方向隙間G3に形成され、この油膜によりロータ周方向隙間G3がシールされるとともに、その供給オイルによりロータ8とシリンダ4の潤滑が行なわれる。
【0061】
また、ロータサイド隙間G2にオイルが供給されると、その供給オイルによる油膜がロータサイド隙間G2に形成され、この油膜によりロータサイド隙間G2がシールされるとともに、その供給オイルによるロータ8とシリンダ4の潤滑も行なわれる。
【0062】
ところで、本実施形態の気体圧縮機においては、ロータ周方向隙間G3がロータ8とシリンダ4の最小隙間となる。したがって、このロータ周方向隙間G3の部分においてロータ8とシリンダ4の接触が生じやすい。ロータ8とシリンダ4が接触し、これによりロータ周方向隙間G3の油膜が破れたときに、シリンダ4の内周表面の表面改質層400がその効果を発揮する。
【0063】
すなわち、表面改質層400の最上層は耐焼付き性の向上に寄与する硫化物層400‐1であるから、ロータ周方向隙間G3の部分でロータ8とシリンダ4が接触しても、その接触による焼き付きやかじりは効果的に防止される。
【0064】
また、この表面改質層400は母材であるシリンダ4の内周表面を浸硫窒化処理により改質したものであるから、従来のフッ素樹脂コーティング層等のようにロータ8との接触で剥れ落ちることはない。
【0065】
したがって、ロータ8とシリンダ4の接触による焼き付きやかじりを防止するという表面改質層400の効果は長期間持続する。
【0066】
以上のことから、本実施形態の気体圧縮機においては、ロータ8とシリンダ4の焼き付きやかじりといった問題との関係から従来採用できなかった構成、すなわちロータ周方向隙間G3についての隙間設定値の最小値を、以下の如く従来以上にさらに小さく設定することが可能となった。
【0067】
すなわち、従来の気体圧縮機の場合には、ロータ周方向隙間G3についての隙間設定値の最小値は、下記A〜Dという値の総和(A+B+C+D)より大きく設定されていた。これは、従来の技術で説明したメッキやフッ素樹脂等のコーティング層ではロータ8とシリンダ4の焼き付きやかじりを長期間効果的に防止することができず、焼き付きやかじりに対する信頼性が低いため、ロータ8とシリンダ4の接触を積極的に避ける必要があったためである。
【0068】
それに対し、本実施形態の気体圧縮機の場合には、ロータ周方向隙間G3についての隙間設定値の最小値は、下記A〜Dという値の総和(A+B+C+D)より小さく設定している。これは、本実施形態の気体圧縮機では、上述した表面改質層400の採用により、ロータ8とシリンダ4の焼き付きやかじりを長期間効果的に防止することが可能となり、焼き付きやかじりに対する信頼性が向上したため、従来避けていたロータ8とシリンダ4の接触を積極的に許容できるようになったためである。
<A>:
Aは、ロータ軸7の最大軸振れ量、すなわちロータ軸7を支持する軸受穴(サイドブロック5、6の軸受9、10)の最大径からロータ軸7の最小径を引いた値である。
<B>:
Bは、気体圧縮機の運転中にシリンダ楕円短径部4aが径方向に弾性変形するときの最大弾性変形量である。
<C>:
Cは、気体圧縮機の運転中にロータ8がロータ軸7を支点として径方向に弾性変形するときの最大弾性変形量である。
<D>:
Dは、気体圧縮機の運転中にロータ8が径方向に熱変形するときの最大熱変形量から、気体圧縮機の運転中にシリンダ楕円短径部4aが径方向に熱変形するときの最大熱変形量を引いた値である。
【0069】
ところで、本実施形態で採用した表面改質層400もロータ8との接触により摩耗することは避けられない。しかし、表面改質層400の摩耗によるロータ周方向隙間G3の広がり量は、従来のフッ素樹脂コーティング層等が剥がれ落ちた場合のロータ周方向隙間G3の広がり量と較べれば極僅かであるから、ロータ周方向隙間G3を介する内部リーク量が極端に増えることはなく、体積効率の低下も極僅かで済み、気体圧縮機の性能の低下が問題となることはない。
【0070】
以上説明した通り、本実施形態の気体圧縮機によると、シリンダ楕円短径部4aのシリンダ4内周が浸硫窒化処理による表面改質層400からなる構造を採用した。このため、過酷な運転状況下で、シリンダ4とロータ8の最小隙間、すなわちシリンダ楕円短径部4a付近のロータ周方向隙間G3においてシリンダ4とロータ8との接触が生じても、表面改質層400によりシリンダ4とロータ8の焼き付きやかじりが防止される。また、この表面改質層400は従来のフッ素樹脂コーティング層等のように剥れ落ちることはなく、焼き付きやかじりの防止という表面改質層400の効果は長期間持続するから、ロータ周方向隙間G3の幅設定値をこれまで以上に小さくすることが可能となる。よって、焼き付きやかじりを生じさせることなく、ロータ周方向隙間G3の幅設定値を小さくすることができ、これにより、ロータ周方向隙間G3のシール性向上による体積効率の向上と、それによる圧縮機の性能の向上を図ることができるとともに、その高い性能を長期間維持することが可能である。
【0071】
上記実施形態では、シリンダ4の内周が表面改質層400からなる構造を採用したが、これに代えて、ロータ8の外周を浸硫窒化処理で改質することにより、そのロータ8の外周が上記のような表面改質層からなる構造を採用することもできる。この構造の場合はロータ8の外周全体を改質する必要がある。ロータ8の外周はどの部分もシリンダ楕円短径部におけるシリンダ4の内周と接触する可能性があるからである。また、前述の浸硫窒化処理に代えて浸流処理を行なってもよい。
【0072】
ロータ8の外周に浸硫窒化処理または浸流処理を施すと、ロータ8とシリンダ4の硬度差が大きくなるものの、その処理によりロータ8外周に形成される硫化物層それ自体の潤滑作用と、その硫化物層を含むロータ8外周の表面改質層がロータ8とシリンダ4の直接接触を回避することとにより、ロータ8とシリンダ4の焼き付きが防止される。
【0073】
さらに、シリンダの内周とロータの外周の双方が上述の表面改質層400からなる構造を採用してもよい。この構造の場合も表面改質層400は浸硫窒化処理によるものと浸硫処理によるものを適用することができる。
【0074】
また、上記実施形態において鋳鉄製のシリンダ4を採用した理由は、冷媒ガスの吐出抵抗となるデットボリューム要因、具体的にはシリンダ吐出孔19という冷媒ガス吐出流路の流路長をできるだけ短くするためでもある。
【0075】
すなわち、アルミ合金製のシリンダ4を用いる方法も考えられる。しかし、アルミ合金は鋳鉄に比し強度が低いので、アルミ合金製のシリンダではシリンダ強度の確保という観点からシリンダ楕円短径部4a付近の肉厚を厚くしなければならない。そうすると、シリンダ楕円短径部4aを貫通しているシリンダ吐出孔19の流路長もその肉厚増加分だけ必然的に長くならざるを得ず、その結果、シリンダ吐出孔19を介して吐出される高圧冷媒ガスの吐出抵抗が大きくなり、単位時間当たりの高圧冷媒ガスの吐出量が減少し、体積効率が悪くなり、気体圧縮機の性能の低下という問題が生じる。
【0076】
そこで、上記実施形態の気体圧縮機では、鋳鉄製のシリンダ4を採用し、シリンダ楕円短径部4a付近を強度の限界まで薄肉化することにより、アルミ合金製のシリンダに比し短い流路長のシリンダ吐出孔19が設けられるものとし、これにより冷媒ガスの吐出抵抗を低減し、体積効率の向上と気体圧縮機の性能の向上が図れるようにしている。
【0077】
図3は、▲1▼浸硫窒化処理を施した鋳鉄製シリンダ(以下、浸硫窒化処理シリンダという。)、▲2▼浸硫処理を施した鋳鉄製シリンダ(以下、浸硫処理シリンダという。)、▲3▼無処理の鋳鉄製シリンダ(以下、無処理シリンダという。)、▲4▼鋼材製ロータを試験対象とし、それぞれの硬さを測定したときの測定データの説明図である。
【0078】
この図3の硬さ測定データによると、浸硫窒化処理シリンダと浸硫処理シリンダは、いずれも無処理シリンダに比し硬く、また鋼材製ロータと比較してもそれより硬いことが分かる。その硬さは、具体的には無処理シリンダについては230HV前後という結果が得られ、浸硫窒化処理シリンダについては430HV前後、浸硫処理シリンダについては940HV前後という結果が得られた。尚、鋼材製ロータの硬さは700HV前後であった。
【0079】
図4〜図6は、いずれもファレックス試験によるシリンダとロータの焼き付き試験を行なったときの試験データの説明図である。
【0080】
尚、このファレックス試験では試験対象物どうしを互いに押し付けて擦り合わせるが、その押し付け荷重を150lbsとしたものが図4の試験データ、170lbsとしたものが図5の試験データ、200lbsとしたものが図6の試験データである。
【0081】
また、この焼き付き試験においては、▲1▼浸硫窒化処理シリンダと鋼材製ロータの組み合わせ、▲2▼浸硫処理シリンダと鋼材製ロータとの組み合わせ、および▲3▼無処理シリンダと鋼材製ロータの組み合わせを試験対象とし、それぞれについて焼き付き試験を行なった。
【0082】
荷重を150lbsのときの焼き付き試験データ(図4)をみると、▲3▼無処理シリンダと鋼材製ロータの組み合わせでは、試験開始から2.5分程度で焼き付いてしまったが、▲1▼浸硫窒化処理シリンダと鋼材製ロータの組み合わせや、▲2▼浸硫処理シリンダと鋼材製ロータとの組み合わせの場合は、試験開始から50分を超えても焼き付かず、非常に焼き付きにくいものであることが分かる。
【0083】
荷重を170lbsまたは200lbsとしたときの焼き付き試験データの焼き付き試験データ(図5または図6)をみると、▲1▼浸硫窒化処理シリンダと鋼材製ロータの組み合わせと、▲2▼浸硫処理シリンダと鋼材製ロータとの組み合わせとでは、前者の方が焼き付くまでの時間が長く、非常に焼き付きにくいものであることが分かる。
【0084】
図7は、ロータ周方向隙間と動力効率との相関関係を示した実験データとそのグラフの説明図、図8は、ロータ周方向隙間と体積効率との相関関係を示した実験データとそのグラフの説明図である。尚、その両者とも、本実験対象機である気体圧縮機のロータ周方向隙間G3の幅設定値は、従来の気体圧縮機におけるロータ周方向隙間G3の幅設定値との比較割合で表すものとした。図中の%がその割合であり、100%のところが従来の気体圧縮機のロータ周方向隙間G3に相当する。
【0085】
図7の動力効率に関するグラフと図8の体積効率に関するグラフから分かるように、ロータ周方向隙間G3の幅設定値が従来に比し小さくなるのに従い、気体圧縮機の動力効率や体積効率はいずれも向上している。しかし、その動力効率や体積効率の向上にはピークがあり、このピークを越えると動力効率や体積効率の低下が生じることが分かる。
【0086】
例えば、回転数1500rpmでは、ロータ周方向隙間G3が40%を少し越えた付近P2において、気体圧縮機の体積効率は最大となる。その付近P2を越えてさらにロータ周方向隙間G3の幅設定値を小さくしていくと、体積効率は徐々に低下する。また、回転数1500rpmでは、ロータ周方向隙間G3が50%を少し越えた付近において、気体圧縮機の動力効率は最大となる。その付近を越えてさらにロータ周方向隙間G3の幅設定値を小さくしていくと、動力効率は徐々に低下する。これはロータ周方向隙間G3の幅設定値が小さくなりすぎると、ロータ8とシリンダ4との接触による摩擦力の影響が顕著となり、動力損失が大きくなるためであると考えられる。
【0087】
【発明の効果】
本発明に係る気体圧縮機にあっては、上記の如くシリンダの内周またはロータの双方またはそのいずれか一方が、浸硫窒化処理または浸硫処理により改質してなる表面改質層からなる構造を採用したものである。このため、気体圧縮機の過酷な運転状況下で、シリンダとロータの最小隙間部においてシリンダとロータが接触するような事態が生じても、表面改質層によりシリンダとロータの焼き付きやかじりが防止され、また、この表面改質層は従来のフッ素樹脂コーティング層等のように剥れ落ちることはなく、焼き付きやかじりの防止という表面改質層の効果は長期間持続するから、シリンダとロータの最小隙間部の幅設定値をこれまで以上に小さくすることが可能となる。よって、焼き付きやかじりを生じさせることなく、ロータとシリンダとの最小隙間の幅設定値を小さくし、最小隙間のシール性向上による体積効率の向上と、それによる圧縮機の性能の向上を図るとともに、その高い性能を長期間維持するのに好適な気体圧縮機を提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態である気体圧縮機の断面図。
【図2】図1のA‐A線断面図。
【図3】シリンダとロータの硬さ測定データの説明図。
【図4】焼き付き試験(荷重:150lbs)の試験データの説明図。
【図5】焼き付き試験(荷重:170lbs)の試験データの説明図。
【図6】焼き付き試験(荷重:200lbs)の試験データの説明図。
【図7】ロータ周方向隙間と動力効率との相関関係の説明図。
【図8】ロータ周方向隙間と体積効率との相関関係の説明図。
【図9】従来のベーンロータリー式の気体圧縮機の構造例を示した断面図。
【符号の説明】
1 コンプレッサケース
2 圧縮機構部
3 フロントヘッド
3‐1 ボス部
4 シリンダ
4a シリンダ楕円短径部
5 フロント側サイドブロック
6 リア側サイドブロック
7 ロータ軸
7F ロータ軸のフロント側端部
7R ロータ軸のリア側端面
8 ロータ
9 フロント側サイドブロックの軸受
10 リア側サイドブロックの軸受
11 シール部材
12 ベーン溝
13 ベーン
14 圧縮室
15 吸入室
16 吸入通路
18 吐出チャンバ
19 シリンダ吐出孔
20 吐出弁
21 油分離器
22 吐出室
23 分離フィルタ
24 オイル溜り
25‐1 シリンダの吐出通路
25‐2 リア側サイドブロックの吐出通路
50 高圧オイル供給孔
50‐1、50‐2、50‐3 孔
50a 高圧オイル供給孔の一端
50b 高圧オイル供給孔の他端
51 サライ溝
52 リア背圧空間
53 中圧オイル供給孔
60 メッキ
400 表面改質層
400‐1 硫化物層
400‐2 窒化物層
400‐3 窒素拡散層
G1 ベーン底部隙間空間
G2 ロータサイド隙間
G3 ロータ周方向隙間
Pd 吐出圧力
Ps 吸入圧力
R ロータ回転方向[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vane rotary type gas compressor used for an air conditioning system such as a car air conditioning system and a GHP system.
[0002]
[Prior art]
In an air conditioning system such as a GHP system, there is a demand for measures to prevent a decrease in efficiency due to a change in refrigerant for preventing ozone layer destruction and power saving for preventing global warming. For this reason, there is an increasing need to improve the performance of a vane rotary type gas compressor used in an air conditioning system.
[0003]
FIG. 9 is a sectional view showing a structural example of a conventional vane rotary type gas compressor. In the gas compressor shown in the figure, a
[0004]
As means for improving the performance of the vane rotary type gas compressor having the above-described structure, the following methods (1) to (4) have been proposed and implemented.
[0005]
(1) The minimum value of the minimum gap between the
[0006]
The internal leak refers to a suction chamber (not shown) from the compression chamber 14-1 (highest pressure portion) containing a refrigerant gas which has been compressed due to a volume decrease and has a high temperature and a high pressure via a rotor circumferential gap G3. And the like, in which high-temperature and high-pressure refrigerant gas leaks to the low-pressure part side.
[0007]
(2) A vane back pressure by oil is supplied to a bottom space of the
[0008]
(3) The volume efficiency is improved and the power is reduced by reducing the resistance in the refrigerant gas suction passage and discharge passage.
[0009]
(4) While reducing the outflow of oil from the gas compressor to the other components of the air conditioning system, the supply amount of oil to the clearance inside the gas compressor, specifically, the rotor circumferential clearance G3 and the like is reduced. In addition, the oil leak suppresses internal leakage through the rotor circumferential gap G3 and the like, and improves volumetric efficiency.
[0010]
In the vane rotary type gas compressor having the structure shown in FIG. 9, in particular, the width set value of the rotor circumferential gap G <b> 3 in (1) greatly affects the performance of the gas compressor. This is because the portion of the rotor circumferential gap G3 is a boundary between the highest pressure portion and the lowest pressure portion, so that an internal leak is likely to occur at the portion of the rotor circumferential gap G3, and the width of the rotor circumferential gap G3 may vary. This is because the amount of internal leak varies depending on the type of the internal leakage. In other words, the smaller the width set value of the rotor circumferential gap G3, the smaller the amount of internal leak through the rotor circumferential gap G3 and the higher the volume efficiency. On the other hand, if the width setting value of the rotor circumferential gap G3 is large, the amount of internal leak through the rotor circumferential gap G3 increases and the volume efficiency decreases.
[0011]
Therefore, from the viewpoint of improving the volume efficiency by improving the sealing performance of the minimum gap (rotor circumferential gap G3) between the
[0012]
However, when the width set value of the rotor circumferential gap G3 is too small, a problem occurs when the gas compressor is operated at full operation under severe operating conditions of the gas compressor, for example, under the hot summer sun.
[0013]
That is, between the severe operation and the steady operation, particularly during the severe operation, the shaft runout of the rotor shaft 7 provided integrally with the axis of the
[0014]
Therefore, conventionally, as a means for preventing the seizure or galling as described above, (1) the outer peripheral surface of the
[0015]
However, the coating layer of the plating 60 and the chemical conversion film as described above is basically easily peeled off. In particular, since the fluorine resin coating layer itself is soft, the layer is gradually worn and thinned due to repeated contact with the cylinder during severe operation of the gas compressor. When the coating layer is thin, the effect of preventing seizure and galling by the coating layer is reduced, and the problem that the seizure and galling of the
[0016]
[Patent Document 1]
JP-A-60-34589
[0017]
[Patent Document 2]
JP-A-60-4787
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in order to solve the above problems, and an object thereof is to reduce the width of the minimum gap between the rotor and the cylinder without causing seizure or galling, and to reduce the minimum gap. It is an object of the present invention to provide a gas compressor capable of improving volumetric efficiency by improving sealing performance and thereby improving the performance of a compressor and maintaining the high performance for a long period of time.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a cast iron cylinder, a steel rotor rotatably suspended in the cylinder, and an inner peripheral surface of the cylinder from an outer peripheral surface of the rotor. The vane is provided so as to be able to protrude and retract, and is composed of a vane that partitions the space inside the cylinder between the cylinder and the rotor into a plurality of small chambers, and small chambers partitioned by the vane. It has a compression chamber that sucks, compresses and discharges refrigerant gas by volume change, and either or both of the inner circumference of the cylinder and the outer circumference of the rotor are reformed by oxynitriding or sulfidation. It is characterized by comprising a surface modified layer comprising:
[0020]
According to the present invention, when the cylinder and the rotor come into contact with each other in the minimum clearance between the cylinder and the rotor, the surface modified layer prevents seizure and galling due to the contact between the cylinder and the rotor.
[0021]
In the present invention, the cylinder may have a structure in which the inner periphery is formed in an elliptical shape, and at least the cylinder inner periphery of the cylinder elliptical minor diameter portion is formed of the surface modified layer in the entire cylinder inner periphery. .
[0022]
Further, in the present invention, the rotor is formed in a perfectly circular cross section, and the cylinder has an inner periphery formed in a substantially elliptical shape. A structure in which the same circular arc surface as that of the above is formed, and of the entire cylinder inner circumference, the cylinder inner circumference of the cylinder elliptical minor diameter portion including at least the true circular arc surface is formed of the surface modified layer. Can also be adopted.
[0023]
The present invention is directed to a cast iron cylinder formed in a substantially elliptical inner circumference, a steel rotor rotatably mounted in the cylinder in a rotatable manner, and an outer circumferential surface of the rotor facing an inner circumferential surface of the cylinder. A vane that is provided so as to be able to protrude and retract, and a vane that partitions the space in the cylinder between the cylinder and the rotor into a plurality of small chambers, and a small chamber that is partitioned by the vane, repeats a large and small change in volume due to rotation of the rotor, A compression chamber for sucking, compressing, and discharging the refrigerant gas by the change in volume, and a surface modification layer formed by modifying the inner periphery of the cylinder or the outer periphery of the rotor by a nitrosulfurization process or a sulfide process. Wherein the minimum value of the clearance set value between the cylinder and the rotor at the elliptical minor diameter portion of the cylinder is smaller than the sum of the following values of A, B, C and D. That.
<A>: A is a value obtained by subtracting the minimum diameter of the rotor shaft from the maximum diameter of a bearing hole that supports the rotor shaft provided integrally with the shaft center of the rotor.
<B>: B is the maximum amount of elastic deformation when the elliptical minor diameter portion of the cylinder elastically deforms in the radial direction during operation of the gas compressor.
<C>: C is the maximum elastic deformation amount when the rotor elastically deforms in the radial direction about the rotor shaft during operation of the gas compressor.
<D>: D represents the maximum amount of thermal deformation when the rotor thermally deforms in the radial direction during the operation of the gas compressor, and indicates that the cylinder elliptical minor diameter portion thermally deforms in the radial direction during the operation of the gas compressor. This is a value obtained by subtracting the maximum thermal deformation amount when performing.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a gas compressor according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0025]
FIG. 1 is a sectional view of a gas compressor according to an embodiment of the present invention. The gas compressor shown in FIG. 1 employs a so-called shell structure in which a
[0026]
The
[0027]
The rotor shaft 7 is provided integrally with the axis of the
[0028]
The front end portion 7F of the rotor shaft 7 has a structure that penetrates through the front head 3 from the
[0029]
As shown in FIG. 2, the inner peripheral surface of the
[0030]
The
[0031]
The uppermost sulfide layer 400-1 is mainly composed of a compound component called FeS, has a solid lubricating action, and contributes to improvement of seizure resistance. In the case of the present embodiment, the sulfide layer 400-1 is on the outermost surface of the inner periphery of the cylinder 4 (the surface to be subjected to the sulfide nitriding treatment) and directly faces the outer periphery of the
[0032]
The
[0033]
That is, the sulfide layer 400-1 plays a role as an oily agent and an extreme pressure agent in the oil. For example, if the oil film between the
[0034]
The cast iron, which is the base material of the
[0035]
In general, when metals come into sliding contact with each other, metals having lower hardness basically wear. The hardness of the
[0036]
The reason why the oxynitriding treatment is performed only on the inner peripheral surface of the cylinder of the cylinder elliptical minor diameter portion 4a as described above is that the distance between the
[0037]
Therefore, from the viewpoint of preventing seizure or the like, it is sufficient that at least the cylinder inner peripheral surface of the cylinder elliptical minor diameter portion 4a is subjected to nitrosulphurizing treatment. A nitriding treatment may be performed. In this case, work such as masking a portion other than the inner circumferential surface of the cylinder elliptical minor diameter portion 4a can be omitted, and the work efficiency can be improved.
[0038]
As shown in FIG. 2, five slit-shaped
[0039]
Each of the
[0040]
That is, when the volume of the
[0041]
Then, when the volume of the
[0042]
When the
[0043]
The high-pressure refrigerant gas flowing out to the
[0044]
The high-pressure refrigerant gas discharged into the
[0045]
The
[0046]
The oil in the
[0047]
Here, means for supplying oil to the sliding portion and the gap of the
[0048]
The
[0049]
Therefore, in the gas compressor of the present embodiment, the high-pressure
[0050]
A
[0051]
A rear
[0052]
Therefore, in the gas compressor of the present embodiment, the oil supplied to the
[0053]
At this time, when the
[0054]
Then, the medium-pressure oil in the
[0055]
The oil in the sali-
[0056]
In the gas compressor according to the present embodiment, a crescent-shaped cylinder chamber is provided at a position 180 ° opposite to the center of the rotor shaft 7 by arranging the
[0057]
Next, the operation of the gas compressor according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS.
[0058]
As shown in FIGS. 1 and 2, in the gas compressor according to the present embodiment, when the operation is started, the
[0059]
Then, the oil in the
[0060]
When oil is supplied to the rotor circumferential gap G3, an oil film of the supplied oil is formed in the rotor circumferential gap G3, and the oil film seals the rotor circumferential gap G3, and the supplied oil allows the
[0061]
Further, when oil is supplied to the rotor side gap G2, an oil film by the supplied oil is formed in the rotor side gap G2, and the oil film seals the rotor side gap G2, and the
[0062]
Incidentally, in the gas compressor of the present embodiment, the rotor circumferential gap G3 is the minimum gap between the
[0063]
That is, since the uppermost layer of the surface modified
[0064]
Further, since the surface modified
[0065]
Therefore, the effect of the surface modified
[0066]
From the above, in the gas compressor according to the present embodiment, the configuration that could not be conventionally adopted due to the problem of the seizure and galling of the
[0067]
That is, in the case of the conventional gas compressor, the minimum value of the gap setting value for the rotor circumferential gap G3 is set to be larger than the sum of the following values A to D (A + B + C + D). This is because the plating and the coating layer of fluororesin described in the related art cannot effectively prevent seizure and galling of the
[0068]
On the other hand, in the case of the gas compressor of the present embodiment, the minimum value of the gap setting value for the rotor circumferential gap G3 is set to be smaller than the sum of the following values A to D (A + B + C + D). This is because, in the gas compressor of the present embodiment, the adoption of the above-mentioned
<A>:
A is the maximum shaft runout of the rotor shaft 7, that is, a value obtained by subtracting the minimum diameter of the rotor shaft 7 from the maximum diameter of the bearing holes (
<B>:
B is the maximum amount of elastic deformation when the cylinder elliptical minor diameter portion 4a elastically deforms in the radial direction during operation of the gas compressor.
<C>:
C is the maximum amount of elastic deformation when the
<D>:
D is the maximum thermal deformation of the cylinder elliptical minor diameter portion 4a during the operation of the gas compressor from the maximum thermal deformation when the
[0069]
Incidentally, it is inevitable that the surface modified
[0070]
As described above, according to the gas compressor of the present embodiment, the structure in which the inner periphery of the
[0071]
In the above-described embodiment, the structure in which the inner periphery of the
[0072]
When the oxynitriding process or the immersion process is performed on the outer periphery of the
[0073]
Further, a structure in which both the inner circumference of the cylinder and the outer circumference of the rotor are formed of the above-described surface modified
[0074]
The reason why the
[0075]
That is, a method using an
[0076]
Therefore, in the gas compressor of the above embodiment, the
[0077]
FIG. 3 shows (1) a cast iron cylinder subjected to a nitrosulfurized treatment (hereinafter referred to as a nitrosulfurized cylinder), and (2) a cast iron cylinder subjected to a sulfided nitriding (hereinafter referred to as a sulfided cylinder). ), (3) Untreated cast iron cylinders (hereinafter referred to as untreated cylinders), and (4) Explanatory diagrams of measurement data when measuring hardness of steel rotors as test objects.
[0078]
According to the hardness measurement data shown in FIG. 3, it is understood that both the oxynitriding cylinder and the oxynitriding cylinder are harder than the untreated cylinder, and harder than the steel rotor. Specifically, the hardness was about 230 HV for the untreated cylinder, about 430 HV for the nitrocarburized cylinder, and about 940 HV for the sulfided cylinder. The hardness of the steel rotor was about 700 HV.
[0079]
4 to 6 are explanatory diagrams of test data when performing a seizure test of the cylinder and the rotor by the Falex test.
[0080]
In the Falex test, the test objects are pressed against each other and rubbed against each other. The test data in FIG. 4 was obtained when the pressing load was set to 150 lbs, the test data in FIG. 5 was used when 170 lbs was set, and the test data in FIG. 7 is test data of FIG.
[0081]
In addition, in this seizure test, (1) a combination of a sulfur-nitrided cylinder and a steel rotor, (2) a combination of a sulfur-treated cylinder and a steel rotor, and (3) a combination of a non-treated cylinder and a steel rotor. The combinations were tested, and a burn-in test was performed for each of them.
[0082]
According to the seizure test data when the load was 150 lbs (FIG. 4), (3) the combination of the untreated cylinder and the steel rotor resulted in seizure in about 2.5 minutes from the start of the test. In the case of a combination of a nitriding cylinder and a steel rotor, or (2) a combination of a sulfiding cylinder and a steel rotor, it does not seize even after more than 50 minutes from the start of the test and is very hard to seize. You can see that.
[0083]
Looking at the seizure test data (FIG. 5 or FIG. 6) of the seizure test data when the load was set to 170 lbs or 200 lbs, it was found that (1) the combination of the oxynitriding cylinder and the steel rotor, and (2) the oxynitriding cylinder It can be seen that the combination of the steel rotor with the steel rotor takes a longer time to seize, and is very difficult to seize.
[0084]
FIG. 7 is an explanatory diagram of experimental data showing a correlation between a rotor circumferential gap and power efficiency and a graph thereof, and FIG. 8 is an experimental data showing a correlation of a rotor circumferential gap and volume efficiency and a graph thereof. FIG. In both cases, the width set value of the rotor circumferential gap G3 of the gas compressor which is the test object machine is expressed by a comparison ratio with the width set value of the rotor circumferential gap G3 of the conventional gas compressor. did. The percentage in the figure is the ratio, and 100% corresponds to the rotor circumferential gap G3 of the conventional gas compressor.
[0085]
As can be seen from the power efficiency graph of FIG. 7 and the volume efficiency graph of FIG. 8, as the width set value of the rotor circumferential gap G3 becomes smaller than before, the power efficiency and the volume efficiency of the gas compressor eventually change. Has also improved. However, there is a peak in the improvement of the power efficiency and the volumetric efficiency, and it is understood that the power efficiency and the volumetric efficiency decrease when the peak is exceeded.
[0086]
For example, at a rotational speed of 1500 rpm, the volume efficiency of the gas compressor becomes maximum in the vicinity P2 where the rotor circumferential gap G3 slightly exceeds 40%. If the width set value of the rotor circumferential gap G3 is further reduced beyond the vicinity P2, the volume efficiency gradually decreases. At a rotational speed of 1500 rpm, the power efficiency of the gas compressor is maximized in the vicinity where the rotor circumferential gap G3 slightly exceeds 50%. If the width set value of the rotor circumferential gap G3 is further reduced beyond that vicinity, the power efficiency gradually decreases. This is considered to be because if the set value of the rotor circumferential gap G3 becomes too small, the influence of the frictional force due to the contact between the
[0087]
【The invention's effect】
In the gas compressor according to the present invention, as described above, the inner periphery of the cylinder and / or both the rotor and the rotor are each formed of a surface modified layer modified by a nitrosulfurization treatment or a sulfide treatment. The structure is adopted. Therefore, even if the cylinder and the rotor come into contact at the minimum clearance between the cylinder and the rotor under severe operating conditions of the gas compressor, the cylinder and the rotor are prevented from seizing and galling by the surface modified layer. In addition, the surface modified layer does not peel off unlike the conventional fluororesin coating layer and the like, and the effect of the surface modified layer of preventing seizure and galling lasts for a long period of time. The width setting value of the minimum gap can be made smaller than before. Therefore, without causing seizure or galling, the width setting value of the minimum clearance between the rotor and the cylinder is reduced, and the sealing performance of the minimum clearance is improved to improve the volumetric efficiency and thereby improve the performance of the compressor. A gas compressor suitable for maintaining its high performance for a long period of time can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a gas compressor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory diagram of hardness measurement data of a cylinder and a rotor.
FIG. 4 is an explanatory diagram of test data of a seizure test (load: 150 lbs).
FIG. 5 is an explanatory diagram of test data of a burn-in test (load: 170 lbs).
FIG. 6 is an explanatory diagram of test data of a seizure test (load: 200 lbs).
FIG. 7 is an explanatory diagram of a correlation between a rotor circumferential gap and power efficiency.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a correlation between a rotor circumferential gap and volumetric efficiency.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a structural example of a conventional vane rotary type gas compressor.
[Explanation of symbols]
1 Compressor case
2 Compression mechanism
3 Front head
3-1 Boss
4 cylinder
4a Cylinder elliptical minor diameter
5 Front side block
6 Rear side block
7 Rotor shaft
7F Front end of rotor shaft
7R Rear end face of rotor shaft
8 rotor
9 Front side block bearings
10. Bearing of rear side block
11 Seal member
12 Vane grooves
13 Vane
14 Compression chamber
15 Inhalation chamber
16 Inhalation passage
18 Discharge chamber
19 Cylinder discharge hole
20 Discharge valve
21 Oil separator
22 Discharge chamber
23 Separation filter
24 oil sump
25-1 Discharge passage of cylinder
25-2 Discharge passage of rear side block
50 High pressure oil supply hole
50-1, 50-2, 50-3 holes
50a One end of high pressure oil supply hole
50b The other end of the high pressure oil supply hole
51 Sarai Groove
52 Rear back pressure space
53 Medium pressure oil supply hole
60 plating
400 Surface modification layer
400-1 sulfide layer
400-2 nitride layer
400-3 nitrogen diffusion layer
G1 Vane bottom clearance space
G2 Rotor side clearance
G3 Rotor circumferential gap
Pd discharge pressure
Ps suction pressure
R Rotor direction
Claims (4)
上記シリンダ内に回転可能に横架された鋼材製のロータと、
上記ロータの外周面から上記シリンダの内周面に向かって出没可能に設けられるとともに、上記シリンダとロータの間のシリンダ内空間を複数の小室に仕切るベーンと、
上記ベーンにより仕切られた小室からなるとともに、上記ロータの回転により容積の大小変化を繰り返し、この容積変化により冷媒ガスを吸入、圧縮し吐出する圧縮室とを有し、
上記シリンダの内周と上記ロータの外周の双方またはそのいずれか一方が、浸硫窒化処理または浸硫処理により改質してなる表面改質層からなること
を特徴とする気体圧縮機。A cast iron cylinder,
A steel rotor rotatably suspended in the cylinder,
A vane that is provided so as to be able to protrude and retract from the outer peripheral surface of the rotor toward the inner peripheral surface of the cylinder, and that partitions a space in the cylinder between the cylinder and the rotor into a plurality of small chambers;
A compression chamber comprising a small chamber partitioned by the vanes, repeating a change in volume by the rotation of the rotor, and sucking, compressing, and discharging the refrigerant gas by the change in volume,
A gas compressor, wherein at least one of the inner circumference of the cylinder and the outer circumference of the rotor is formed of a surface modified layer formed by nitrosulphurizing or sulphating.
上記シリンダ内周全体のうち、少なくとも該シリンダ楕円短径部のシリンダ内周が上記表面改質層からなること
を特徴とする気体圧縮機。The cylinder has an inner periphery formed in an elliptical shape,
A gas compressor characterized in that at least the cylinder inner circumference of the cylinder elliptical minor diameter portion of the entire cylinder inner circumference comprises the surface modified layer.
上記シリンダは内周が略楕円状に形成されるとともに、そのシリンダ楕円短径部のシリンダ内周部分に、上記ロータの外周面と同様の真円の円弧面が形成されてなり、
上記シリンダ内周全体のうち、少なくとも上記真円の円弧面を含む上記シリンダ楕円短径部のシリンダ内周が上記表面改質層からなること
を特徴とする気体圧縮機。The rotor is formed in a perfect circular cross section,
The inner circumference of the cylinder is formed substantially in an elliptical shape, and a circular arc surface of a perfect circle similar to the outer circumferential surface of the rotor is formed in the inner circumferential portion of the cylinder of the cylinder elliptical minor diameter portion,
A gas compressor, wherein at least the cylinder inner periphery of the cylinder elliptical minor diameter portion including the perfect circular arc surface is made of the surface reforming layer in the entire cylinder inner periphery.
上記シリンダ内に回転可能に横架された鋼材製のロータと、
上記ロータの外周面から上記シリンダの内周面に向かって出没可能に設けられるとともに、上記シリンダとロータの間のシリンダ内空間を複数の小室に仕切るベーンと、
上記ベーンにより仕切られた小室からなるとともに、上記ロータの回転により容積の大小変化を繰り返し、この容積変化により冷媒ガスを吸入、圧縮し吐出する圧縮室とを有し、
上記シリンダの内周または上記ロータの外周が、浸硫窒化処理または浸硫処理により改質してなる表面改質層からなり、
上記シリンダの楕円短径部における該シリンダと上記ロータの隙間設定値の最小値が、下記A、B、C、Dの値の総和より小さいこと
を特徴とする気体圧縮機。
<A>: Aは、上記ロータの軸心に一体に設けたロータ軸を支持する軸受穴の最大径から該ロータ軸の最小径を引いた値である。
<B>: Bは、気体圧縮機の運転中に上記シリンダの楕円短径部が径方向に弾性変形するときの最大弾性変形量である。
<C>: Cは、気体圧縮機の運転中に上記ロータが上記ロータ軸を支点として径方向に弾性変形するときの最大弾性変形量である。
<D>: Dは、気体圧縮機の運転中に上記ロータが径方向に熱変形するときの最大熱変形量から、気体圧縮機の運転中に上記シリンダ楕円短径部が径方向に熱変形するときの最大熱変形量を引いた値である。A cast iron cylinder formed in a substantially elliptical inner circumference;
A steel rotor rotatably suspended in the cylinder,
A vane that is provided so as to be able to protrude and retract from the outer peripheral surface of the rotor toward the inner peripheral surface of the cylinder, and that partitions a space in the cylinder between the cylinder and the rotor into a plurality of small chambers;
A compression chamber comprising a small chamber partitioned by the vanes, repeating a change in volume by the rotation of the rotor, and sucking, compressing, and discharging the refrigerant gas by the change in volume,
The inner periphery of the cylinder or the outer periphery of the rotor is formed of a surface modified layer formed by a nitrosulphurizing process or a sulphating process,
A gas compressor characterized in that a minimum value of a clearance set value between the cylinder and the rotor at the elliptical minor diameter portion of the cylinder is smaller than the sum of the following values A, B, C, and D.
<A>: A is a value obtained by subtracting the minimum diameter of the rotor shaft from the maximum diameter of a bearing hole that supports the rotor shaft provided integrally with the shaft center of the rotor.
<B>: B is the maximum amount of elastic deformation when the elliptical minor diameter portion of the cylinder elastically deforms in the radial direction during operation of the gas compressor.
<C>: C is the maximum elastic deformation amount when the rotor elastically deforms in the radial direction about the rotor shaft during operation of the gas compressor.
<D>: D represents the maximum amount of thermal deformation when the rotor thermally deforms in the radial direction during the operation of the gas compressor, and indicates that the cylinder elliptical minor diameter portion thermally deforms in the radial direction during the operation of the gas compressor. This is a value obtained by subtracting the maximum thermal deformation amount when performing.
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JP2014095295A (en) * | 2012-11-07 | 2014-05-22 | Mitsubishi Electric Corp | Vane type compressor |
KR20150143886A (en) | 2014-02-21 | 2015-12-23 | 다이호 고교 가부시키가이샤 | Rotor and rotary fluid machine |
JP2018141392A (en) * | 2017-02-27 | 2018-09-13 | 日立建機株式会社 | Liquid pressure rotation machine |
-
2003
- 2003-03-12 JP JP2003066759A patent/JP2004278309A/en not_active Withdrawn
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