JP2009215905A - 軸封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シールが摩耗しても、シール性が維持できるシールを有するスクリュ流体機械の軸封装置を提供する。
【解決手段】本発明の軸封装置１は、ロータ室４内に収容された雌雄咬合するスクリュロータ５により流体を圧縮又は膨張するスクリュ流体機械の軸封装置１において、ロータ軸８に嵌合し、外周部とその外周部に対向するケーシング３の内周部との間に間隙２８を形成した径方向に収縮可能なリング状シール材１９と、ケーシング３の内周部に設けられ、リング状シール材１９の側面が当接する鍔部２１を有する止め部材１８と、リング状シール材１９の側面を止め部材１８の鍔部２１に押し付けるバネ部材２４と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸封装置に関するものである。

従来、スクリュ圧縮機のロータ軸の吐出側に安価で省スペースの、例えば、リップシールのような接触型のシールを用いた軸封構造が知られている。

特許文献１のスクリュ圧縮機の軸封構造は、非接触シールとリップシールとの空間と、リップシールの耐用圧力以下の低圧空間とを連通させる連通路を設けたものである。リップシールに過大な圧力が加わると、リップシールのシール性が損なわれたり、リップシールが短時間で損耗する。その軸封構造は、それらを回避するために、非接触シールから僅かに漏出した潤滑流体及び対象気体を、その連通路から排出している。

しかしながら、上記軸封構造であっても、シールする媒体が水・気体等の場合は油と異なり潤滑性が小さいため、摩耗が大きい。リップの厚さは１ｍｍ程度必要であり、摩耗限界は０．７ｍｍ程度である。従って、累計の運転時間が所定の時間に達した際に、リップシールをメンテナンス（交換等）しないと、摩耗によりシール性が維持できなくなるという問題がある。
特開２００７−１３２２４３号公報

本発明は、シールが摩耗しても、シール性が維持できるシールを有するスクリュ流体機械の軸封装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明の軸封装置は、ロータ室内に収容された雌雄咬合するスクリュロータにより流体を圧縮又は膨張するスクリュ流体機械の軸封装置において、ロータ軸に嵌合し、外周部と前記外周部に対向するケーシングの内周部との間に間隙を形成した径方向に収縮可能なリング状シール材と、前記ケーシングの前記内周部に設けられ、前記リング状シール材の側面が当接する鍔部を有する止め部材と、前記リング状シール材の前記側面を前記止め部材の前記鍔部に押し付けるバネ部材と、を備えるようにしたものである。

この構成により、リング状シール材の外周部と前記外周部に対向するケーシングの内周部との間に形成される間隙が高圧になると、リング状シール材は、リングの中心方向に押し付けられる。その結果、リング状シール材がロータ軸のシール性を維持することができる。

具体的には、前記リング状シール材が、一部に重合部を有することが好ましい。または、前記リング状シール材が、切り欠き部のある複数のＣ字形のリングを、互いの切り欠き部が重なり合うことがないように組み合わせて構成されたものであることが好ましい。これらの構成により、リング状シール材の外周部と前記外周部に対向するケーシングの内周部との間に形成される間隙が高圧になると、重合部が収縮（重合部の重なり合う面積が増加）するか、切り欠き部が収縮するので、リング状シール材のリングの中心方向に押しつけられる作用、リング状シール材のロータ軸のシール性を維持する効果をよく発揮することができる。

更に、前記リング状シール材の前記外周部に形成された溝部にスプリングリングを嵌合することが好ましい。この構成により、スプリングリングが、リング状シール材をリングの中心方向へ確実に押し付けるので、リング状シール材のシール性を維持することができる。

また、前記リング状シール材の前記外周部又は側面にピンを挿入し、前記リング状シール材を前記止め部材に対して、前記ロータ軸の外周方向に回転しないように固定することが好ましい。この構成により、リング状シール材の回り止めを形成することができ、安定したシール性を得ることができる。

本発明の軸封装置によれば、リング状シール材の内周部がロータ軸との摩擦により摩耗しても、リング状シール材の外周部からの圧力により、リング状シール材の径が縮まり、シール性を維持することができる。

また、バネ部材により、リング状シール材を止め部材の鍔部に押し付けるため、リング状シール材の側面からシールの漏れを少なくすることができる。また、リング状シール材の、スクリュロータ側の圧力と止め部材の鍔部側の圧力との差が小さいときでも確実にシールできる。

また、リング状シール材の外周部又は側面にピンを挿入することにより、リング状シール材の回り止めを形成することができるので、リング状シール材を固定し、シール性を維持することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
図１は、本発明にかかる軸封装置１が組み込まれたスクリュ圧縮機２の断面図である。スクリュ圧縮機２は、ケーシング３のロータ室４内に収容された雌雄咬合する一対のスクリュロータ５で、潤滑流体（潤滑油や水）を含む対象気体（例えば、空気や冷媒など）を圧縮するものである。

ケーシング３には、ロータ室４に圧縮すべき対象気体を供給する吸込流路６と、ロータ室４内でスクリュロータ５によって圧縮された対象気体を排出する吐出流路７と、スクリュロータ５のロータ軸８を吸込側および吐出側で、それぞれ、支持および軸封する構造を設置するための軸受軸封空間９，１０が設けられている。

ロータ軸８は、吸込側の軸受軸封空間９内に設置されたころ軸受１１と、吐出側の軸受軸封空間１０内に設置された２つの玉軸受１２とで回転可能に支持され、吸込側の軸受軸封空間９を貫通して延伸し、不図示のモータに接続される。

ころ軸受１１の前記モータ側には、モータ側への異物（ころ軸受１１のグリスなど）の浸入を防ぐリップシール１３が設置されている。ころ軸受１１のスクリュロータ５側には、ころ軸受１１のグリスがスクリュロータ５側に流出しないように封止するリップシール１４と、吸込流路６からころ軸受１１側に対象気体や潤滑流体が浸入しないように封止するリップシール１５とが設けられている。

スクリュロータ５と玉軸受１２との間の吐出側の軸受軸封空間１０には、スクリュロータ５側から順に、軸封装置１及びリップシール１６が設けられている。

軸封装置１は、図２に示すように、止め輪１７、止め部材１８及びシール材１９とからなっている。止め輪１７は、ケーシング３の内周部に形成された溝部２０に嵌設されている。止め部材１８は、円筒状で、止め輪１７とスクリュロータ５の端面を支持するケーシング３の内周突部３ａの端面との間に配設され、止め輪１７と当接する位置で内側に突出した鍔部２１を有している。シール材１９は、止め部材１８の内側（ロータ軸８に近い側）に収容されている。シール材１９は、リング状であり、図３に示すように、任意の部分で切断された両端が互いに重なりあうように形成された重合部２２を有する構造をしている。リング状シール材１９は、その外周部からの圧縮により、その重合部２２の重なり合う部分の面積が増加し、その径が収縮する構造である。リング状シール材１９は、止め部材１８の鍔部２１により、ロータ軸８方向の移動が規制されている。なお、図４に示すように、リング状シール材１９は、切り欠き部２３のある複数（図４では２つ）のＣ字形のリングを、ロータ軸８方向からみて、お互いの切り欠き部２３が重なり合うことがないように組み合わせて構成しても良い。また、リング状シール材１９の側面を止め部材１８の鍔部２１に押し付けるバネ部材２４がリング状シール材１９とケーシング３の内周突部３ａとの間に設けられている。

スクリュロータ５の吐出側の端面からリング状シール材１９までの、ケーシング３の内周突部３ａとロータ軸８との間には、第１の間隙２７が形成されている。リング状シール材１９の外周部とそれに対向するケーシング３の内周部にある止め部材１８との間には、第２の間隙２８が形成されている。

リップシール１６は、玉軸受１２からのグリスなどの流出を防止する向きに設けられている。

また、ケーシング３には、リップシール１４とリップシール１５との間の軸受軸封空間９を外部に連通させる開放流路２９が設けられている。

続いて、前記スクリュ圧縮機２の軸封装置１の作用について説明する。
スクリュ圧縮機２のスクリュロータ５は、吸込流路６から対象気体を吸い込んで圧縮し、吐出流路７から吐出する。このとき、対象気体中に含まれる潤滑流体は、雌雄のスクリュロータ５の間およびスクリュロータ５とロータ室４内壁との間の潤滑とシールをする。

スクリュロータ５の吐出側の端面は、高圧（例えば、０．６９ＭＰａＧ（ゲージ圧）の流体（空気等）の雰囲気に維持されている。また、その端面から第１の間隙２７を通って第２の間隙２８まで連続しているので、リング状シール材１９の外周部も高圧である。これに対し、図２に示すリング状シール材１９の止め輪１７側の軸受軸封空間１０において、ロータ軸８の周囲の空間は、大気圧に近い低圧に維持されている。一方、ロータ軸８と接触するリング状シール材１９の内周部の圧力は、高圧と低圧の中間の値となる。上述のように、リング状シール材１９の外周部と内周部との間には圧力差が生じており、リング状シール材１９には外側から内側の方向に力が作用する。その結果、リング状シール材１９の径は収縮し、リング状シール材１９の内周部はロータ軸８をシールする。また、リング状シール材１９の側面は、バネ部材２４により、止め部材１８の鍔部２１に押し付けられているため、その側面はシールされている。リング状シール材１９が重合部２２を有することで、リング状シール材１９の内周部が摩耗した場合でも、上述のとおり、リング状シール材１９の外側（高圧）から内側（高圧と低圧の中間）の方向に力が作用するため、リング状シール材１９の径が収縮し、シール性が維持できる。

なお、リング状シール材１９の、スクリュロータ５側と止め輪１７側との圧力差が小さくて、シール性が十分でない場合は、図５に示すように、リング状シール材１９の外周部に外周溝３０を形成し、そこにスプリングリング３１を嵌め、リング状シール材１９を強制的に縮径させてシール性を高めることができる。スプリングリング３１には一部に切り欠き部３２がある、図６に示すものが好適である。なお、図４に示したように、リング状シール材１９が複数のＣ字形のリングを組み合わせて構成したものである場合にあっては、その複数のＣ字形のリングごとにそれらの外周部にスプリングリングを嵌めるのが好ましい。

図７及び図８に示すように、リング状シール材１９の外周部から側面にかけて切り欠き部３３を設け、この切り欠き部３３と、止め部材１８の第２の間隙２８側の面に設けられた凹部３４との間にピン３５を挿入して、リング状シール材１９が、ロータ軸８の外周方向に回転しないようにしてもよい。リング状シール材１９の切り欠き部３３は、ロータ軸８の半径方向では、外周部から、内周部まで貫通しないような任意の深さとする。

なお、図７及び図８は本実施形態の一例であり、これに限定されないが、要するに、リング状シール材１９の周方向の移動を拘束するが、半径方向の移動（径の収縮）は拘束しない構造であればよい。

軸封装置１を高圧部分と低圧部分との境界部分（スクリュロータ５の吐出側の端面の周辺部分）に適用することで、リップシール１６に加わる圧力が減少し、従来のようなリップシール１６のメンテナンスの負荷は大きく軽減される。

本発明にかかる軸封装置が組み込まれたスクリュ圧縮機の断面図。 図１の一部拡大断面図。 リング状シール材の斜視図。 図４（ａ）は切り欠きのある２つのリングを組み合わせたリング状シール材の側面図、図４（ｂ）は、切り欠きのある２つのリングを組み合わせたリング状シール材の正面図。 一部に切り欠きのあるスプリングリングを使用した軸封装置が組み込まれたスクリュ圧縮機の一部拡大断面図。 スプリングリングの正面図。 ピンで固定されたリング状シール材の断面図。 ピンで固定されたリング状シール材の正面図。

符号の説明

１ 軸封装置
２ スクリュ圧縮機
３ ケーシング
３ａ 内周突部
４ ロータ室
５ スクリュロータ
６ 吸込流路
７ 吐出流路
８ ロータ軸
９ 軸受軸封空間
１０ 軸受軸封空間
１１ ころ軸受
１２ 玉軸受
１３，１４，１５，１６ リップシール
１７ 止め輪
１８ 止め部材
１９ リング状シール材
２０ 溝部
２１ 鍔部
２２ 重合部
２３ 切り欠き部
２４ バネ部材
２７ 第1の間隙
２８ 第２の間隙
２９ 開放流路
３０ 外周溝
３１ スプリングリング
３２ 切り欠き部
３３ 切り欠き部
３４ 凹部
３５ ピン

Claims (5)

1. ロータ室内に収容された雌雄咬合するスクリュロータにより流体を圧縮又は膨張するスクリュ流体機械の軸封装置において、
   ロータ軸に嵌合し、外周部と前記外周部に対向するケーシングの内周部との間に間隙を形成した径方向に収縮可能なリング状シール材と、
   前記ケーシングの前記内周部に設けられ、前記リング状シール材の側面が当接する鍔部を有する止め部材と、
   前記リング状シール材の前記側面を前記止め部材の前記鍔部に押し付けるバネ部材と、
   を備えることを特徴とする軸封装置。
2. 前記リング状シール材が、一部に重合部を有することを特徴とする請求項１に記載の軸封装置。
3. 前記リング状シール材が、切り欠き部のある複数のＣ字形のリングを、互いの切り欠き部が重なり合うことがないように組み合わせて構成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の軸封装置。
4. 前記リング状シール材の前記外周部に形成された溝部にスプリングリングを嵌合することを特徴とする請求項１乃至３に記載の軸封装置。
5. 前記リング状シール材の前記外周部又は側面にピンを挿入し、前記リング状シール材を前記止め部材に対して、前記ロータ軸の外周方向に回転しないように固定することを特徴とする請求項１乃至３に記載の軸封装置。

Images