JP2008267222A - Liquid-cooled type screw compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータを有する液冷式スクリュ圧縮機において、前記スクリュロータを収納するロータ室への冷却液の注入機構の改善に関する。 The present invention relates to an improvement in a mechanism for injecting a coolant into a rotor chamber that houses a screw rotor in a liquid-cooled screw compressor having a pair of male and female screw rotors that mesh with each other.
スクリュ圧縮機のスクリュロータ(以下、ロータとも言う)の温度は流体が圧縮されるのに伴って上昇する。従って、スクリュロータを冷却する冷却機構が必須である。このような冷却機構として、一般的に外部の冷却装置による冷却空気や冷却液の供給等が従来より用いられてきた。 The temperature of the screw rotor (hereinafter also referred to as the rotor) of the screw compressor increases as the fluid is compressed. Therefore, a cooling mechanism for cooling the screw rotor is essential. As such a cooling mechanism, supply of cooling air or cooling liquid by an external cooling device has been conventionally used.
そこで先ず、上記冷却液として冷却油を用いた従来例に係る油冷式スクリュ圧縮機の一般的な冷却機構につき、以下図7を参照しながら説明する。図7は従来例に係る油冷式スクリュ圧縮機の断面図である。 First, a general cooling mechanism of an oil-cooled screw compressor according to a conventional example using cooling oil as the cooling liquid will be described below with reference to FIG. FIG. 7 is a sectional view of an oil-cooled screw compressor according to a conventional example.
この油冷式スクリュ圧縮機21は、ロータケーシング20内に互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータ22を備えている。このスクリュロータ22は、吸込側の軸受部23及び吐出側の軸受部24によって回転可能に支持されており、これらの軸受部23,24とスクリュロータ22との間に、軸封部25,26が夫々設けてある。また、軸受部23,24、軸封部25,26及びスクリュ圧縮機21内のガス圧縮空間部であるロータ室27等の注油箇所に注油するための注油孔28,29及び30が設けられている。更に、注入した油を排出して吸込口32に戻す排油戻し流路33,34が設けられている。
The oil-cooled
そして、吸込流路35より、スクリュ圧縮機21に吸い込まれた気体は注油孔30から油注入を受けつつ圧縮され、油と共に圧縮ガスとして吐出口36より吐出されている。ここで、前記ロータ室27に注入された油は、気体圧縮部の冷却、スクリュロータ22同士の間、及びスクリュロータ22とロータケーシング20の内壁部との間のシール及び潤滑の働きをしている。
The gas sucked into the
また、前記軸受部23,24及び軸封部25,26に注入された油は、排油戻し流路33,34により吸込口32に戻され、気体と共に吸い込まれ、吐出口36より吐出される。吐出された圧縮気体及び油は図示しない油分離回収器において互いに分離され、圧縮ガスは吐出流路37に送り出される。
The oil injected into the bearing
更に他の従来例に係るスクリュ圧縮機につき、以下図8,9を参照しながら説明する。図8は従来例に係るスクリュ圧縮機のロータケーシングを、スクリュロータを省略した状態で示した正断面図で、図9の矢視J−Jを示す断面図、図9は図8の矢視K−Kを示す断面図である。 A screw compressor according to another conventional example will be described below with reference to FIGS. FIG. 8 is a front sectional view showing a rotor casing of a screw compressor according to a conventional example in a state where the screw rotor is omitted. FIG. 8 is a sectional view taken along line JJ in FIG. 9, and FIG. It is sectional drawing which shows KK.
この従来例に係るスクリュ圧縮機は、互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータを収納したケーシング41のロータ室39の吸込側開口部を形成する吸込ポート40の縁部に、ロータ室39への冷却用液体を注入する注液用開口部42と、この吸込ポート40の壁部46の表層部に沿って延在し、上記注液用開口部42に至る冷却部43と、この冷却部43に上記冷却用液体を導く導入部44とからなる冷却液注入孔45を設けている。
The screw compressor according to this conventional example is a liquid for cooling into the
この様に構成することによって、吸込ポート40の壁部46が冷却液により冷却され、吸込ポート部40のガスが冷却されると共に、前記注液用開口部42から注入される冷却液によりスクリュロータに吸い込まれたガスが冷却される(特許文献1参照)。
With this configuration, the
しかしながら、従来例に係るスクリュ圧縮機の冷却液注入機構は、前図7及び9に示す様に、前記スクリュロータを収納するロータケーシングのロータ室側壁や吸込ポートの縁部に、前記スクリュロータの軸心に対して直角方向に注液孔を設け、この注液孔から冷却液を注入する様に構成されている。この様な冷却液注入機構による問題点につき、以下図10,11を参照しながら説明する。図10は従来例に係る液冷式スクリュ圧縮機のロータ室を示す正断面図で、図11の矢視U−Uを示す断面図、図11は図10の矢視V−Vを示す断面図である。 However, as shown in FIGS. 7 and 9, the coolant injection mechanism of the screw compressor according to the conventional example is provided on the rotor chamber side wall of the rotor casing that houses the screw rotor and the edge of the suction port. A liquid injection hole is provided in a direction perpendicular to the axis, and the cooling liquid is injected from the liquid injection hole. Problems with such a coolant injection mechanism will be described below with reference to FIGS. 10 is a front cross-sectional view showing a rotor chamber of a liquid-cooled screw compressor according to a conventional example, a cross-sectional view showing an arrow U-U in FIG. 11, and FIG. 11 is a cross-section showing an arrow V-V in FIG. FIG.
今、ロータケーシング50に設けられたロータ室51内において、雌雄一対のロータ52a,52bが図の矢印Rの方向に夫々回転しているとすれば、注液孔53からロータ52a,52bの軸心に直角方向(矢印Aの方向)に注入された冷却液は、雌ロータ52bの歯に衝突してこのロータ52bの回転方向、即ち、矢印Bの方向に向きを変える。その反作用として、雌ロータ52bの歯に矢印Dの方向の反力が働く。次いで、ロータ52a,52bの噛み合い部分で、矢印Cの方向に運動方向が変わる。
Now, in the
前記注液孔からロータ52a,52bの軸心に直角方向、即ち矢印Aの方向に注入された冷却液は、矢印B,C方向への運動量を持っていないため、前記方向転換に伴う反力は雌ロータ52bに作用し、圧縮機を駆動する図示しない駆動モータにロス動力として加算される。このロス量は前記モータ軸動力の2〜3%程度にもなるが、この様な動力ロスを低減することを目的とした冷却液の注入機構の改善に関する従来例は見当たらない。
従って、本発明の目的は、スクリュロータを収納するロータ室への冷却液注入後の動力ロスを低減し得る液冷式スクリュ圧縮機を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid-cooled screw compressor that can reduce power loss after injecting coolant into a rotor chamber that houses a screw rotor.
前記目的を達成するために、本発明の請求項1に係る液冷式スクリュ圧縮機が採用した手段は、互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータを有するスクリュ圧縮機において、前記スクリュロータを収納するロータ室のスクリュ吸込端面に注液孔を設け、この注液孔からスクリュ吐出方向に向かって冷却液を注入可能に構成することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the liquid-cooled screw compressor according to
本発明の請求項2に係る液冷式スクリュ圧縮機が採用した手段は、請求項1に記載の液冷式スクリュ圧縮機において、前記注液孔を、スクリュロータの吸込側端面に近接する前記ロータ室のスクリュ吸込端面に設けることを特徴とするものである。
The means employed by the liquid-cooled screw compressor according to claim 2 of the present invention is the liquid-cooled screw compressor according to
本発明の請求項3に係る液冷式スクリュ圧縮機が採用した手段は、請求項1または2に記載の液冷式スクリュ圧縮機において、前記注液孔を、前記ロータ室の雌ロータ側のスクリュ吸込端面に設けることを特徴とするものである。
The means employed by the liquid-cooled screw compressor according to
本発明の請求項1に係る液冷式スクリュ圧縮機によれば、前記スクリュロータを収納するロータ室のスクリュ吸込端面に注液孔を設け、この注液孔からスクリュ吐出方向に向かって冷却液を注入するので、前記冷却液は、注入時からスクリュ吐出方向に向かう運動量を保有しており、冷却液注入後の運動方向転換による動力ロスが解消される。
According to the liquid-cooled screw compressor according to
また、本発明の請求項2に係る液冷式スクリュ圧縮機によれば、前記注液孔を、前記ロータ室のスクリュ吸込端面がスクリュロータの吸込側端面に接する壁面に設け、この注液孔からスクリュ吐出方向に向かって冷却液を注入するので、前記スクリュロータの歯溝が閉じ込んだ状態の注液となり、冷却液が逆流する恐れがない。 In the liquid-cooled screw compressor according to claim 2 of the present invention, the liquid injection hole is provided on a wall surface where the screw suction end surface of the rotor chamber is in contact with the suction side end surface of the screw rotor. Since the cooling liquid is injected from the direction toward the screw discharge direction, the screw rotor is in a state where the tooth groove of the screw rotor is closed, and there is no possibility that the cooling liquid flows backward.
更に、本発明の請求項3に係る液冷式スクリュ圧縮機によれば、前記注液孔を、前記ロータ室の歯厚の薄い雌ロータ側のスクリュ吸込端面に設けるので、前記スクリュの歯によって注液孔の開孔が塞がれる時間が短くなり、小径の注液孔で十分注液可能となる。
Furthermore, according to the liquid-cooled screw compressor according to
先ず、本発明の実施の形態1に係る液冷式スクリュ圧縮機について、以下図1〜4を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る液冷式スクリュ圧縮機の冷却系統を示す模式的説明図である。図2は図1のスクリュ圧縮機の矢視X−Xを示す断面図で、図3の矢視Z−Zを示す断面図である。図3は図2の矢視Y−Yを示す断面図である。
First, a liquid-cooled screw compressor according to
本発明の実施の形態1に係る液冷式スクリュ圧縮機は、雌雄一対のスクリュロータ2a,2bが噛み合って、ロータケーシング3の内部に形成されたロータ室4に回転可能に収容されてなる圧縮機本体1を備えている。圧縮機本体1の吸込口1aには、吸込流路5が接続され、その吐出口1bには吐出流路6の一端側が接続されている。そして、圧縮機本体1を構成する前記雌雄一対のスクリュロータ2a,2bのうちの一方、雄ロータ2aのみが、駆動モータMの駆動軸7に接続されている。
The liquid-cooled screw compressor according to the first embodiment of the present invention is a compression in which a pair of male and
この駆動モータMにより、スクリュロータ2a,2bを、図2の矢印Rに示す方向に回転させることによって、吸込流路5から供給される気体を、圧縮機本体1のスクリュロータ2a,2bの吸込側(図2のロータ左側)から吸い込み、圧縮して前記スクリュロータ2a,2bの吐出側(図2のロータ右側)から高圧流体として吐出流路6に吐出する。
By rotating the
上記駆動モータMは、モータケーシング8内部のモータハウジングに収納され、このモータケーシング8は、ロータケーシング3と一体的に結合されている。前記駆動モータMは、前記モータケーシング8内面に固定された図示しない固定子と、駆動軸7を中心に回転する図示しない回転子からなり、制御器により回転制御されている。そして、この駆動モータMは、吸込側軸受9aと吐出側軸受9bとによって軸支された前記駆動軸7の回転力を、圧縮機本体1のスクリュロータ2a,2bへ伝達している。
The drive motor M is housed in a motor housing inside the
一方、前記吸込流路5には、その吸込流路5を通過する気体の流量を調整する吸込調整弁5aが備えられており、制御器によりその弁開度が制御される。また、吐出流路6には油分離回収器10が介装され、油分離回収器10内部には油分離エレメント10aが備えられている。この油分離回収器10に流入した高圧気体には僅かに油が混入しているので、この油を油分離回収器10の内部に備えられた油分離エレメント10aにて捕捉する。油分離エレメント10aにて捕捉された油は自重により滴下し、油分離回収器10内部の下方に油溜り10bが形成される。
On the other hand, the
このようにして油溜り10bに回収された油は、前記油分離回収器10から前記圧縮機本体1に連通する油循環流路11を通して、図示しないオイルポンプによって循環される。この油循環流路11にはオイルクーラ12が介装され、図示しない制御器によって温度制御することによって通過する油が冷却される。そして、オイルクーラ12によって冷却された油は、油の供給の必要な部位にロータケーシング3に設けられた注油流路を介して供給される。このような注油流路は、吸込側軸受(及び軸封部)9aへの注油流路13,吐出側軸受(及び軸封部)9bへの注油流路14及びスクリュロータ2a,2bとロータケーシング3が形成する圧縮空間への注油流路15から構成される。
The oil recovered in the
そして、前記スクリュロータ2a,2bとロータケーシング3が形成する圧縮空間への注油流路15は、図2及び3に示す如く、前記スクリュロータ2a,2bを収納するロータケーシング3に、ロータ軸心と略直角方向に設けられた油導入孔15aと、この油導入孔15aと連通してロータ室4のスクリュ吸込端面16に至るまで吐出側に向かって穿設された注油孔15b(注油孔)を含む。即ち、注油孔15bは、ロータ軸心と略同方向に穿設されている。この注油流路15、特に注油流路15のうちの注油孔15bによって、吐出方向に向かう矢印Qで示す注入方向に冷却油を注入することができる。
And, as shown in FIGS. 2 and 3, an
ここで、図3におけるハッチング部は、スクリュロータ2a,2bの吸込側端面に近接するロータ室4のスクリュ吸込端面16に該当する壁面16aを示す。また、2つの円の部分を除く他のハッチングしていない部分は、ロータ室4の吸込部通路16bを示している。この様に、本発明に係る冷却油注入機構は、冷却油の注油孔15bを、スクリュロータ2a,2bの吸込側端面に近接する前記ロータ室4のスクリュ吸込端面16に該当する壁面16aに設けて、この注油孔15bから吐出方向に向かって冷却油を注入するのが好ましい。
3 indicates a
尚、壁面16aとスクリュロータ2a,2bの吸込側端面とは上述の通り近接しており、両者の間には、例えば0.2mm程度の微小な間隙が形成されている。この様な冷却油の注入によって、スクリュロータ2a,2bの歯溝が閉じ込んだ状態で注油するため、冷却油が逆流する恐れがない。
Note that the
更に、前記注油孔15bは、前記ロータ室4の雌ロータ2b側のスクリュ吸込端面16に設けられることが好ましい。雌ロータ2bの歯厚は、雄ロータ2aの歯厚に比べて薄い。このため、雌ロータ2b側のスクリュ吸込端面16に注油孔15bを設けて注油する方が、雄ロータ2a側のスクリュ吸込端面16に注油孔15bを設けて注油するよりも、注油孔15bの開孔を前記ロータの歯によって閉塞する確率が低いためである。
Further, it is preferable that the
前記注油孔15bから注油された冷却油の注入速度が、ロータ2a,2bの周速×tan(リード角)より大きい場合、図2の点Pで雌ロータ2bの歯に衝突する。この衝突により、雌ロータ2bは回転方向成分を有する力を受けるために、従来例に示した図9の矢印Dと逆に、駆動モータMの軸動力が軽減される方向に作用する。
When the injection speed of the cooling oil injected from the
この様にロータ室4内に注入された冷却油は、注入された時点から図2の矢印Qに示した運動量を保有しているため、従来であれば生じていたロータ室4に注入後の方向転換による動力ロスが低減される。尚、前記注油孔15bから注油された冷却油の注入速度が、ロータ2a,2bの周速×tan(リード角)以下の場合でも、その効果の程度は縮小されるものの、冷却油の注入速度がロータ2a,2bの周速×tan(リード角)より大の場合と同様に動力ロスが低減される。
Since the cooling oil injected into the
次に、本発明の実施の形態2に係る液冷式スクリュ圧縮機を、図4を用いて以下に説明する。図4は本発明の実施の形態2に係り、図3と同じ方向の断面図である。尚、本発明の実施の形態2が上記実施の形態1と相違するところは、注油孔15b及び油導入孔15aの配置に相違があり、その他は全く同構成であるから、注油孔15bの構成についての説明に止めるものとする。
Next, a liquid-cooled screw compressor according to Embodiment 2 of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view in the same direction as FIG. 3 according to the second embodiment of the present invention. The difference between the second embodiment of the present invention and the first embodiment is that the arrangement of the oil injection holes 15b and the
本発明の形態1においては、前記注油孔15bは、図3に示した通り、スクリュロータ2a,2bの吸込側端面に近接するロータ室4のスクリュ吸込端面16に該当する壁面16a(ハッチング部)に設けられ、この注油孔15から吐出方向に向かって冷却油を注入する構成とした。これに対し、本発明の形態2においては、前記注油孔15bは、図4に示す様に、前記ロータ室4の吸込部通路16b(非ハッチング部)に設けられ、この注油孔15から吐出方向に向かって冷却油を注入する構成とした。この様な構成とすることにより、ロータ室4内に注入された冷却油のロータ室4に注入後の方向転換による動力ロスが従来より低減され、前記実施の形態1と同様な効果を得ることが出来るのである。
In the first embodiment of the present invention, the
尚、本発明に係る液冷式スクリュ圧縮機は、前記実施の形態1及び実施の形態2の何れでも構わない。但し、実施の形態2では、雌スクリュロータ2bの歯溝が閉じ込んだ状態にない吸込部通路16bに注油するため、冷却油が逆流する恐れがあり、実施の形態1の方が望ましい。
Note that the liquid-cooled screw compressor according to the present invention may be either the first embodiment or the second embodiment. However, in the second embodiment, the oil is injected into the
以上の様に、本発明に係る液冷式スクリュ圧縮機は、スクリュロータを収納するロータケーシングのロータ室を形成するスクリュ吸込端面に注液孔を設け、この注液孔からスクリュ吐出方向に向かって冷却液を注入可能に構成するので、前記冷却液は、注入時からスクリュ吐出方向に向かう運動量を保有しており、冷却液注入後の運動方向転換による動力ロスが解消される。そしてまた、前記注液孔を、歯厚の薄い雌ロータ側のスクリュ吸込端面に設けるので、前記スクリュの歯によって注液孔の孔が塞がれる時間が短くなり、小径の注液孔で冷却することが可能となる。 As described above, the liquid-cooled screw compressor according to the present invention is provided with the liquid injection hole in the screw suction end surface forming the rotor chamber of the rotor casing that houses the screw rotor, and the liquid injection hole is directed from the liquid injection hole toward the screw discharge direction. Thus, the cooling liquid can be injected, so that the cooling liquid has a momentum in the screw discharge direction from the time of injection, and the power loss due to the change of the movement direction after the cooling liquid is injected is eliminated. In addition, since the liquid injection hole is provided on the screw suction end surface on the female rotor side where the tooth thickness is thin, the time during which the hole of the liquid injection hole is blocked by the teeth of the screw is shortened, and cooling is performed with the small diameter liquid injection hole. It becomes possible to do.
尚、本発明の実施の形態においては、冷却液としては冷却油を用いた油冷式スクリュ圧縮機の例を述べた。しかしながら、本発明に係る液冷式スクリュ圧縮機の冷却液の注入機構に用いる冷却液は、冷却油に限定されない。本発明は、冷媒(ヒートポンプ、冷凍機の場合)や冷却水を用いるスクリュ圧縮機にも適用可能である。 In the embodiment of the present invention, the example of the oil-cooled screw compressor using the cooling oil as the coolant has been described. However, the coolant used in the coolant injection mechanism of the liquid-cooled screw compressor according to the present invention is not limited to coolant oil. The present invention is also applicable to a screw compressor using a refrigerant (in the case of a heat pump or a refrigerator) or cooling water.
また、上述の本発明の実施の形態1,2では、注油孔15bはロータ軸心と略同方向に穿設されたものを示したが、本発明はこれに限らない。例えば、図5及び6は本発明の実施の形態3に係り、図5は図2と同じ方向の断面図、図6は図3及び4と同じ方向の断面図である。図5及び6に示される様に、注油孔15bは吐出側に延びるにつれて雄ロータ2aの軸と雌ロータ2bの軸との間に位置する線分Sに近づく様に傾斜して構成されても良い。
In the first and second embodiments of the present invention described above, the
本発明は、例えばヒートポンプや冷凍機にも適用可能である。 The present invention can also be applied to, for example, a heat pump and a refrigerator.
M:駆動モータ, P:注入された冷却液が雌ロータの歯に衝突する点,
Q:注油方向, R:ロータ回転方向,
1:圧縮機本体, 1a:吸込口, 1b:吐出口,
2a:雄ロータ, 2b:雌ロータ,
3:ロータハウジング, 4:ロータ室, 5:吸込流路, 6:吐出流路,
7:駆動軸, 8:モータケーシング,
9a:吸込側軸受, 9b:吐出側軸受,
10:油分離回収器, 10a:油分離エレメント, 10b:油溜り,
11:油循環流路, 12:オイルクーラ,
13:吸込側軸受(及び軸封部)への注油流路,
14:吐出側軸受(及び軸封部)への注油流路,
15:スクリュロータとロータケーシングが形成する圧縮空間への注油流路,
15a:油導入孔, 15b:注油孔,
16:ロータ室のスクリュ吸込端面,
16a:ロータ室のスクリュ吸込端面がスクリュロータの吸込側端面に接触する壁面,
16b:吸込部通路
M: drive motor, P: point where the injected coolant collides with the teeth of the female rotor,
Q: Lubrication direction, R: Rotor rotation direction,
1: compressor body, 1a: suction port, 1b: discharge port,
2a: male rotor, 2b: female rotor,
3: rotor housing, 4: rotor chamber, 5: suction flow path, 6: discharge flow path,
7: Drive shaft, 8: Motor casing,
9a: suction side bearing, 9b: discharge side bearing,
10: Oil separation and recovery device, 10a: Oil separation element, 10b: Oil reservoir,
11: Oil circulation channel, 12: Oil cooler,
13: Lubrication channel to the suction side bearing (and shaft seal),
14: Lubrication flow path to the discharge side bearing (and shaft seal),
15: Lubrication channel to the compression space formed by the screw rotor and the rotor casing,
15a: oil introduction hole, 15b: oil injection hole,
16: Screw suction end face of the rotor chamber,
16a: a wall surface where the screw suction end surface of the rotor chamber contacts the suction side end surface of the screw rotor;
16b: suction part passage
Claims (3)
3. The liquid-cooled screw compressor according to claim 1, wherein the liquid injection hole is provided in a screw suction end face on a female rotor side of the rotor chamber.
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