JP2010053799A - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】
オイルフリースクリュー圧縮機に設ける油切り装置とガス用軸封装置において、ガス用軸封装置のシールリング数が多くなるとリングを取付けるための部品点数が多くなり、ガス用軸封装置全体軸方向長さが長くなる。その結果、スクリュー圧縮機の軸受スパンが長くなる課題があった。
【解決手段】
互いに噛合う雄ロータおよび雌ロータと、この両ロータを収納するケーシングと、該両ロータを支承する軸受と、該軸受と該ロータとの間のロータ軸をシールする軸封装置とを有するスクリュー圧縮機において、前記軸封装置はロータ側にガス用の軸封装置を、軸受側に軸受排油の油切り装置を有し、前記ガス用軸封装置は複数のシールリングと波ばねとを有し、シールリングを波ばねの軸方向の前後にそれぞれ複数設けた。
【選択図】図１

Description

スクリュー圧縮機に係わりスクリュー圧縮機のロータ軸を封止する軸封装置に関する。

スクリュー圧縮機は、圧縮過程でロータに油を噴射し、ロータ同士の直接接触を避ける給油式と、ロータ同士が非接触で回転するように機構的に担保したオイルフリー式とがある。

オイルフリー式のスクリュー圧縮機は、ロータを囲むケーシングとロータとで構成する作動室の内部で圧縮した圧縮空気を外部に漏洩しないための非接触の軸封装置を有する。

この軸封装置はガス用軸封装置と軸受排油が作動室に漏れ込まないための油切り装置を備えている。ガス用軸封装置は漏洩隙間を小さくするため、ロータ軸に浮遊するようなリングを備え、油切り装置は内面にネジを形成したものが一般的である。

ガス用軸封装置のリングは２個の場合，３個の場合，４個の場合がある。２個の場合は特開昭５９−５１１８９号公報（特許文献１），特開昭６２−１９７６８５（特許文献２）の例がある。特開昭５９−５１１８９号公報に記載されたものは、浮遊リングが圧力差により一方の側面を押付けるのに対して、特開昭６２−１９７６８５号公報に記載されたものでは、波ばねによって一方の側面を押付けることで浮遊リングを最適な位置に保持することが記載されている。また、４個の場合は特開昭６２−１９７６８５号公報の構造を組合せたもので、この技術は特開２００２−２７６５７４号公報（特許文献３）に記載されている。

特開昭５９−５１１８９号公報 特開昭６２−１９７６８５号公報 特開２００２−２７６５７４号公報

ガス用軸封装置のシール性能は、浮遊するリングの隙間と軸方向の長さで決まり、出来るだけ隙間は小さく、軸方向長さは長いほどシール性能は良くなる。また、軸との接触トラブルなどを避け、信頼性を高めるにはリング個数は多い程良く、リングを４個とした特許文献３に記載された軸封構造は信頼性の点で優位となる。

しかしながら、リング数が多くなるとリングを取付けるための部品点数が多くなり、ガス用軸封装置の全体が軸方向に長くなり、その結果、軸受スパンが長くなる課題があった。また、軸受スパンが長くなることで、スクリュー圧縮機の軸方向長さが長くなりスクリュー圧縮機を小型にできないという課題があった。

互いに噛合う雄ロータおよび雌ロータと、この両ロータを収納するケーシングと、該両ロータを支承する軸受と、該軸受と該ロータとの間のロータ軸をシールする軸封装置とを有するスクリュー圧縮機において、前記軸封装置はロータ側にガス用の軸封装置を、軸受側に軸受排油の油切り装置を有し、前記ガス用軸封装置は複数のシールリングと波ばねとを有し、前記シールリングを前記波ばねの軸方向の前後に複数設けた。

前記シールリングは前記波ばねを挟んで２個設け、前記シールリング同士の対向面の一方は半径方向に凸となる凸面を有し、他方の対向面には前記凸面に応じた凹面を有するようにしてもよい。

シールリング同士が対向する対向面では、軸方向に前記凸面と凹面が接触して前記対向面の全面で接触しないようにしてもよい。また、凸面と凹面は半径方向に微少隙間を持たせて嵌合させるようにしてもよい。

本発明では、従来よりも部品点数を少なくすることができ、軸封装置の長さが短くなり、より小型のスクリュー圧縮装置を得ることができるものである。

本発明のオイルフリースクリュー圧縮機の軸封装置を、図１〜図４を参照して説明する。図１は本発明の実施例となるスクリュー圧縮機の軸封装置縦断面図、図２は図１のガス用軸封装置の拡大図、図３は図１の軸封装置波ばねの外観図、図４はスクリュー圧縮機の横断面図を示す。

図４において雄ロータ１と雌ロータ２は噛合い状態で収納されている。ケーシングは吸込側ケーシング３，メインケーシング４及び吐出側カバー５が順に組合せてなる。雄ロータ１と雌ロータ２とを合わせた両ロータの吐出側（吸込側ケーシング３とは反対側）には、メインケーシング４に設けたラジアル軸受５ａ，５ｂ及びスラスト軸受６ａ，６ｂが設けられ、両ロータを支持し、吸込側は吸込側ケーシング３に設けたラジアル軸受７ａ，７ｂによって両ロータを支持する。

軸封装置８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは、大きく二つの部分からなる。詳細には図１にて示めされるように、軸封装置８はガス用軸封装置９と、ラジアル軸受７の軸受排油が作動室に漏れ込まないための油切り装置１０とを有している。ガス用軸封装置９は、ロータ軸２５の周方向を覆うリング１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ及びリング１１に付勢力を与える波ばね１２とを有している。

波ばね１２は、そのばね力と軸方向の位置により、波ばね１２の軸方向の前後に設けられたリング１１ａ，１１ｂとリング１１ｃ，１１ｄに対してロータ軸２５方向の力を付勢する。この付勢力により、リング１１ａは、油切り装置１０側面が油切り装置１０のロータ側面と、そしてリング１１ａのロータ側面はリング１１ｂの油切り装置１０側面と接触し、リング１１ｄは、ロータ側面が吸込側ケーシング３の側面と、そしてリング１１ｄの油切り装置１０側面はリング１１ｃのロータ側面と接触している。

図２に示すようにリング１１同士の対向面となる接触面は、それぞれのリング１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの最小内径と最大外径の間、言い換えると半径方向に段付き構造にした。リング１１ａ，１１ｄは凸面２３ａ，２３ｄ、リング１１ｂ，１１ｃは凹面２４ｂ，２４ｃを有している。これにより、リング１１側面全体が他のリング１１の側面と前面で接触しないようにしてある。また、凹凸面の内外周面を微少隙間で嵌合させ、接触面積を減らして耐磨耗性を向上させている。

油切り装置１０は、ロータ軸２５との境界部分がラジアル軸受７と直接対向させないためにロータ軸２５の境界部分を覆う突起１３と、ラジアル軸受７からの油が境界部分に入り込ませないようにラジアル軸受７へ向かって溝が切られたネジ１４と、外部と連通する大気開放孔１５と、突起１３及びネジ１４により液状化した油を排出する排油穴１６，１７と、を有している。油切り装置１０はＯリング１８を介して、吸込側ケーシング３に収納されている。

両ロータの吐出側の軸端には、雄タイミングギヤ１８と雌タイミングギヤ１９が噛合い状態で装着され、雄タイミングギヤ１８と雌タイミングギヤ１９とで回転駆動力を伝えることにより、両ロータが非接触状態で同期回転する。ピニオン２０は、図示していないブルギヤと噛合い、モータ（図示せず）に直結したブルギヤとによって、モータの回転を増速させて雄ロータ１を駆動する。

このように構成された本実施例のスクリュー圧縮機の動作について図４を参照して説明する。本実施例におけるスクリュー圧縮機は、雄ロータ１と雌ロータ２の両ロータの回転により、メインケーシング４と両ロータとで形成される空間である作動室２１を、軸方向に移動させながら作動室２１の内部容積を拡大縮小させる。

容積拡大中の作動室２１は吸入口（図４でロータの裏側にあるため図示せず）と連通し、外部から大気を吸入する。容積がほぼ最大の時に吸入口との連通が閉じられ、その後の容積縮小に伴って閉じ込めた空気を所定の圧力まで圧縮する。続いて作動室２１は吐出口（図４でロータの手前側にあるため図示せず）と連通し、圧縮された空気を圧縮機の外部に送り出す。

軸封装置８の作用について説明する。軸封装置８は、スクリュー圧縮機の圧縮空気および軸受排油をシールするもので、ガス用軸封装置９と油切り装置１０とを有する。油切り装置１０はラジアル軸受７の排油を軸受側に押込むように内面にネジ１４を備え、ラジアル軸受７を通過して油切り装置１０側に通過した油のほとんどは排油穴１７から排出され、更に突起１３を越えた油は排油穴１６から排出される。

ネジ１４で発生する圧力は数ｋＰａ程度であり、油切り装置１０前後の圧力差を緩和するため、ガス用軸封装置９と油切り装置１０の間には大気開放孔１５が設けられている。例えば、作動室２１の圧力が正圧の場合は、大気開放孔１５を経由して大気側へ圧縮空気が流れ、作動室２１が負圧の場合は大気が作動室２１側へ流れ、大気開放孔１５での圧力は大気圧に近い状態に維持する構造である。

しかし、上述のように油切り装置１０のネジ１４による昇圧により、ロータ軸２５との隙間からの油が大気開放孔１５側へ漏れ込むことはなく、油切り装置１０外周から油が滲み出してきてもＯリング１８のシールにより、油が大気開放孔１５側へ漏れ込むことはない。

次にガス用軸封装置９の動作について説明する。リング１１は作動室２１の圧力が正圧の場合は作動室２１からリング１１の隙間を経由して大気開放孔１５側へ圧縮空気が流れ、負圧の場合は大気開放孔１５から作動室へ空気が漏れ込む。リング１１の隙間は圧縮機の性能に影響し、リング１１の隙間は小さければよいが、ロータ軸２５との接触トラブルを避けるため、ロータ軸２５の熱膨張や振動等を考慮して、ある程度隙間を与えなければならない。

通常、リング１１はロータ軸２５に対して接触せずに固定支持されていない浮遊状態にあり、ケーシングに固定するタイプに比べ隙間を小さくすることができる。リング１１は取付け時にはロータ軸２５の一部に接触状態となっているが、波ばね１２のばね力で軸方向に押付けているため、半径方向の自由度がある。油切り装置１０のロータ側の側面とリング１１ａの油切り装置１０側の側面、リング１１ａのロータ側の側面とリング１１ｂの油切り装置１０側の側面、リング１１ｃのロータ側の側面とリング１１ｄの油切り装置１０側の側面、リング１１ｄのロータ側の側面と吸込側ケーシング３の側面等、それぞれの接触面は磨り合せ加工等で十分に仕上げられ、また、リング側面を段付構造にすることで、仕上げ面を最少加工にしており、リング１１の側面から空気が漏れ込むことはほとんどない。

本実施例におけるガス用軸封装置９はリング１１を４分割とすることで、それぞれのリング１１のロータ軸２５に対する位置の自由度が大きくなり、また、波ばね１２一つで左右のリング１１を一方向に押付けられ、リング１１設置を最適な位置に保持することができる。

また、リング１１はリング側面やリング内面を樹脂コーティング加工することによって接触面での摩擦係数が小さくしてもよい。この場合、接触不良によるトラブルに対して機械加工のみに比べ信頼性がより高くなる効果がある。

本発明の一実施例であるスクリュー圧縮機の軸封装置縦断面図である。 図１記載のガス用軸封装置の拡大図である。 図１記載の軸封装置波ばねの外観を示す図である。 スクリュー圧縮機の横断面図である。

符号の説明

１ 雄ロータ
２ 雌ロータ
３ 吸込側ケーシング
４ メインケーシング
８ 軸封装置
９ ガス用軸封装置
１１ リング
１２ 波ばね
１５ 大気開放孔
２１ 作動室
２２ 軸受室
２５ ロータ軸

Claims (6)

1. 互いに噛合う雄ロータおよび雌ロータと、この両ロータを収納するケーシングと、該両ロータを支承する軸受と、該軸受と該ロータとの間のロータ軸をシールする軸封装置とを有するスクリュー圧縮機において、前記軸封装置は前記ロータ側にはガス用の軸封装置を、前記軸受側には前記軸受からの油を前記両ロータが作動する作動室に漏れ込ませないための油切り装置を有し、前記ガス用軸封装置は複数のシールリングと波ばねとを有し、前記シールリングを前記波ばねの軸方向の前後に複数設けたスクリュー圧縮機。
2. 請求項１記載のスクリュー圧縮機において、前記シールリングは前記波ばねを挟んで２個設けられ、前記シールリング同士の対向面の一方は半径方向に凸となる凸面を有し、他方の対向面には前記凸面に応じた凹面を有するスクリュー圧縮機。
3. 請求項２記載のスクリュー圧縮機において、前記シールリング同士が対向する対向面では、軸方向に前記凸面と凹面が接触して前記対向面の全面で接触しないスクリュー圧縮機。
4. 互いに噛合う雄ロータおよび雌ロータと、この両ロータを収納するケーシングと、該両ロータを支承する軸受と、該軸受と該ロータとの間のロータ軸をシールする軸封装置とを有するスクリュー圧縮機において、前記軸封装置はロータ側にガス用の軸封装置を、軸受側に軸受排油の油切り装置を有し、前記ガス用軸封装置は複数のシールリングと波ばねとを有し、前記シールリングを前記波ばねの前記軸受側と前記ロータ側のそれぞれに複数配置したスクリュー圧縮機。
5. 請求項４記載のスクリュー圧縮機において、前記シールリングは前記波ばねを挟んで２個設けられ、前記シールリング同士の対向面の一方は半径方向に凸となる凸面を有し、他方の対向面には前記凸面に応じた凹面を有するスクリュー圧縮機。
6. 請求項５記載のスクリュー圧縮機において、前記シールリング同士が対向する対向面では、軸方向に前記凸面と凹面が接触して前記対向面の全面で接触しないスクリュー圧縮機。

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