JP2011163205A

JP2011163205A - 圧縮装置

Info

Publication number: JP2011163205A
Application number: JP2010026640A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yoshimura; 省二吉村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】余分な動力を消費せず、スクリュ圧縮機の軸封部から漏出した潤滑流体をスクリュ圧縮機に環流させられる水噴射式圧縮装置を提供する。
【解決手段】圧縮装置１は、スクリュロータ１１によってガスを圧縮する圧縮室１０内に潤滑流体を導入して潤滑および冷却を行うスクリュ圧縮機２と、スクリュ圧縮機２が吐出した圧縮ガスから潤滑流体を分離する気液分離器３と、気液分離器３で分離した潤滑流体を通過させることによって、スクリュ圧縮機２の軸封部から漏出する潤滑流体を吸引する圧力を生成するエジェクタ７とを有し、エジェクタ７から流出する潤滑流体を、スクリュ圧縮機２の吸込流路５または圧縮室１０の低圧部に導入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮装置に関する。

スクリュロータとハウジングとの間の潤滑およびシールのために、ロータ室内に水を噴射する水噴射式スクリュ圧縮機では、潤滑のための水が軸受空間に浸入すると軸受が錆びて破損する。このため、ロータ室と軸受室との間に多重のシール機構を設け、軸封ロータ室から前段のシールを通過してシールとシールに挟まれた中間の空間に漏出した水を機外に排出し、軸受室に水が侵入しないようにする必要がある。

このように圧縮機の軸封部から水を排出すると、圧縮装置の系内の水が減少するため、外部から装置に新たな水を供給する必要がある。軸封部から漏出した水を回収して、圧縮装置の系内に環流させる方法もあるが、そのためにはポンプなどの動力が必要になる。

特許文献１には、スクリュ圧縮機で圧縮した圧縮ガスの一部をスクリュ圧縮機の吸込やロータ室の低圧空間に環流させ、その流路に圧縮ガスの流速により負圧を生成するエジェクタを配設し、エジェクタによってスクリュ圧縮機から漏出した潤滑油を吸引して、圧縮ガスと共に圧縮機に環流させる発明が記載されている。この発明では、吐出した圧縮ガスの一部を漏出した潤滑油をスクリュ圧縮機に環流させるために消費してしまうので、圧縮装置の最終的な吐出量が少なくなってしまい、余分に動力を消費しているのと同じ結果になる。

特開２００６−２９１７４５号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、余分な動力を消費せず、スクリュ圧縮機の軸封部から漏出した潤滑流体をスクリュ圧縮機に環流させられる圧縮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に、本発明による圧縮装置は、圧縮室内に潤滑流体を導入して潤滑および冷却を行うスクリュ圧縮機と、前記スクリュ圧縮機が吐出した圧縮ガスから前記潤滑流体を分離する気液分離器と、前記気液分離器で分離した前記潤滑流体を通過させることによって、前記スクリュ圧縮機の軸封部から漏出する前記潤滑流体を吸引する圧力を生成するエジェクタとを有し、前記エジェクタから流出する前記潤滑流体を、前記スクリュ圧縮機の吸込流路または前記圧縮室の低圧部に導入するものとする。

この構成によれば、軸封部から漏出した潤滑流体を吸引するために、気液分離器で分離した潤滑流体によって負圧を生成するエジェクタを用いるので、圧縮ガスをスクリュ圧縮機に戻す必要がなく、利用可能な圧縮ガスの量を減少させない。また、潤滑流体は、質量や粘度等が圧縮ガスよりも大きいので、少ない量でも漏出した潤滑流体を全て吸引してスクリュ圧縮機に環流させられる。

また、本発明の圧縮装置において、前記軸封部から流出する前記潤滑流体を１つのレシーバに導入し、前記レシーバの底部に前記エジェクタを接続してもよい。

この構成によれば、雌雄のスクリュロータの軸封部からそれぞれ漏出する潤滑流体を１つのレシーバに集めて、１つのエジェクタで圧縮室に環流させられる。また、スクリュ圧縮機の吸込圧力が大気圧より高い場合は、吸込側の軸封部からも潤滑流体が漏出するが、これも同じレシーバに集めることで、１つのエジェクタで圧縮室に環流させられる。

また、本発明の圧縮装置において、前記スクリュ圧縮機の吐出側の前記軸封部は、３つ以上のシール機構を備え、両側が前記シール機構で封止されたシール空間を２つ以上形成し、前記圧縮室側から２つ目以降の前記シール空間から前記潤滑流体を前記スクリュ圧縮機の外部に漏出させ、前記潤滑流体を漏出させる前記シール空間より前記圧縮室側の前記シール空間のいずれかが前記圧縮室の低圧部に連通していてもよい。

この構成によれば、前記圧縮室の低圧部に連通するシール空間が低圧に保たれるので、後段のシール空間に漏出する潤滑流体の量を少なくできる。

また、本発明の圧縮装置において、前記気液分離器で分離した前記潤滑流体の一部分を、前記圧縮室の中間圧力部に導入してもよい。

この構成によれば軸封部から漏出した潤滑流体を全て圧縮室に環流させるためにエジェクタに必要な潤滑流体は、スクリュ圧縮機の潤滑に必要な潤滑流体の量よりも少ないため、余剰分をエジェクタで潤滑流体を圧縮室の中間圧力部にも導入して、圧縮室の高圧側を十分に冷却できる。

特に、本発明は、潤滑流体が軸受に悪影響のあるため、シール空間の圧力を軸受空間以下に保つ必要のある水のような流体である場合に適用することが企図される。

本発明によれば、気液分離器で分離したスクリュ圧縮機の吐出圧力に加圧された潤滑流体を作動流体とするエジェクタによって、圧縮ガスを消費することなく、軸封部から漏出した潤滑流体を吸引して、スクリュ圧縮機に環流させられる。

本発明の第１実施形態の圧縮装置の構成図である。本発明の第２実施形態の圧縮装置の構成図である。本発明の第３実施形態の圧縮装置の構成図である。本発明の第４実施形態の圧縮装置の構成図である。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態の圧縮装置１の構成を示す。圧縮装置１は、潤滑流体として水を用いるスクリュ圧縮機２と、スクリュ圧縮機２が吐出したガスから水を分離する気液分離器３とを有する。

そして、気液分離器３にて分離された潤滑水を排出し、その潤滑水をスクリュ圧縮機２に環流させるための環流流路４が設けられている。環流流路４は、気液分離器３の下方から伸び、スクリュ圧縮機２の吸込流路５に接続されている。また、環流流路４には、その流路を通過する潤滑水を冷却する冷却器６と、その流路を通過する潤滑水によって負圧を生成するエジェクタ７とが介設されている。

エジェクタ７は、３つの開口部、すなわち、供給ポート７ａ、排出ポート７ｂおよび吸引ポート７ｃを備える。そして、供給ポート７ａおよび排出ポート７ｂが環流流路４に接続されており、供給ポート７ａから供給された潤滑水が排出ポート７ｂから排出されるようにエジェクタ７の内部を通過する。エジェクタ７内の流路は、潤滑水の流速が増加するように断面積が変化しており、ベルヌーイ効果によって潤滑水の流線上で圧力を低下させ、吸引ポート７ｃに吸引圧力を生じさせる。この吸引ポート７ｃは、後述するスクリュ圧縮機２の排水流路８に接続されている。

スクリュ圧縮機２では、ハウジング９で形成した圧縮室１０に雌雄一対のスクリュロータ１１が収容されており、吸込流路５から吸い込んだ大気圧の空気をスクリュロータ１１で圧力０．７ＭＰａ（ゲージ圧）まで圧縮して吐出流路１２から吐出する。

スクリュ圧縮機２の吸込流路５には、８０Ｌ／ｍｉｎの潤滑水が供給され、空気と共に圧縮室１０に吸い込まれ、ハウジング９およびスクリュロータ１１の冷却、スクリュロータ１１同士の潤滑、および、スクリュロータ１１間およびハウジング９との間の隙間を封止するシールの役目を果たす。

スクリュロータ１１は、圧縮室１０の両側に延伸しているシャフト１３にて軸受１４，１５によって支持されている。ハウジング９は、軸受１４，１５を収容する軸受室１６，１７を形成している。そして、圧縮室１０と軸受室１６，１７との間には、それぞれ、圧縮室１０側から順に流体圧シール１８，１９、シール２０，２１、および、リップシール２２，２３からなる３つのシール機構が設けられた軸封部が形成されている。吸込側のシャフト１３は、不図示のモータに接続されるように延伸しており、モータ側にもリップシール２４が設けられている。これにより、シャフト１３とハウジング９との隙間には、流体圧シール１８，１９およびシール２０，２１で封止された第１中間空間２５，２６と、シール２０，２１およびリップシール２２，２３によって封止された第２中間空間２７，２８とが形成されている。

また、ハウジング９には、圧縮室１０から吐出側の第２中間空間２８に漏出した潤滑水を排出するために、上述のエジェクタ７の吸引ポート７ｃに接続される排水流路８が設けられている。さらに、ハウジング９には、吐出側の第２中間空間２８を大気開放する大気連通孔２９も設けられている。

流体圧シール１８，１９は、シャフト１３とハウジング９との隙間に侵入した潤滑水を、シャフト１３の回転力によって圧縮室１０に向かってねじ送りする螺旋溝を有する。吸込流路７と吸込側の第１中間空間２５との圧力は共に大気圧であるので、吸込側の流体圧シール１８は、シャフト１３が回転していれば、潤滑水の第１中間空間２５への漏出を防止できる。また、スクリュ圧縮機２の運転時に、吐出側の第１中間空間２６の圧力は、約０．０５ＭＰａになる。

シール２０，２１は、シャフト１３との隙間を１００μｍ以下に保つように形成されたリングを有し、その流路抵抗によって、潤滑水の漏出量を制限する。本実施形態において、吸込側のシール２０は、スクリュ圧縮機２の停止時、つまり、シャフト１３が回転していないときに流体圧シール１８を通過して第１中間空間２５に浸入した潤滑水が、第２中間空間２７に浸入しないようにシールする。また、吐出側のシール２１は、第１中間空間２６の圧力が０．０５ＭＰａであり、第２中間空間２８の圧力が大気圧であるとき、２本のシャフト１３の周りの第２中間空間２８に、それぞれ、約１Ｌ／ｍｉｎの潤滑水を漏出させる。

第２中間空間２８は、エジェクタ７の吸引ポート７ｃに接続されているため、第２中間空間２８に漏出した潤滑水は、エジェクタ７に吸引されて、気液分離器３でスクリュ圧縮機２が吐出した圧縮空気から分離された潤滑水と共に、吸込流路５に環流させられる。

本実施形態のエジェクタ７は、圧力０．４ＭＰａの作動水で、大気圧の水を約４Ｌ／ｍｉｎ吸引でき、その際の作動水の流量は、約２０Ｌ／ｍｉｎである。本実施形態では、スクリュ圧縮機２の潤滑水の供給量は、８０Ｌ／ｍｉｎであるので、２本のシャフト１３の周りの第２中間空間２８に漏出する分を除いた７８Ｌ／ｍｉｎの潤滑水が吐出流路８から圧縮空気と共に吐出されて、気液分離器３で分離される。気液分離器３で分離された潤滑水の圧力は、圧縮空気の吐出圧力に等しい０．７ＭＰａであるため、第２中間空間２８から漏出する２Ｌ／ｍｉｎの潤滑水を全て吸引するのに十分な圧力と流量を備える。

このように、圧縮装置１では、気液分離器３で分離した潤滑水をスクリュ圧縮機２に環流させる際に、その潤滑水が有する過剰な圧力エネルギーを、エジェクタ７によって、第２中間空間２８から漏出した潤滑水を引き込んで共にスクリュ圧縮機２に環流させるためのエネルギーとして利用するので、余分な動力を消費せず、圧縮空気の供給量を減じることもない。

続いて、図２に、本発明の第２実施形態の圧縮装置１ａを示す。尚、これ以降の実施形態において、先に説明した構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。本実施形態の圧縮装置１ａには、ハウジング９に、吐出側の第１中間空間２６を圧縮室１０の低圧部に連通させる連通路３０が設けられている。圧縮室１０の連通路３０が開口している低圧部は、その圧力が第１中間空間２６より高くない圧力０．０５ＭＰａ以下の部分である。

流体圧シール１８，１９は、シャフト１３とハウジング９との間に潤滑水が満たされていないと、十分な封止能力を発揮できない。連通路３０は、吐出側の流体圧シール１９の潤滑水が一時的に途切れて封止能力が低下したときに、第１中間空間２６から圧縮空気および潤滑水を圧縮室１０に戻すことによって、第１中間空間２６の圧力が上昇することを防止する。つまり、連通路３０は、吐出側の第１中間空間２６を低圧に保ち、シール２１を多量の潤滑水が通過することがないようにしている。これにより、圧縮装置１ａは、一時的にであっても、第２中間空間２８にエジェクタ７の吸引能力を超える潤滑水が漏出して、第２中間空間２８の圧力が上昇することがない。

また、図３に、本発明の第３実施形態の圧縮装置１ｂを示す。本実施形態の圧縮装置１ｂは、吸込側の第２中間空間２７も、吐出側の第２中間空間２８と同様に、外部に潤滑水を漏出させるように、排水流路３２が設けられている。そして、全ての第２中間空間２７，２８から漏出した潤滑水は、排水流路８，３２を介して、１つのレシーバ３１に導入され、レシーバ３１の底部が、エジェクタ７の吸引ポート７ｃに接続されている。

この圧縮装置１ｂは、吸気側のシール１８のシール性が不十分な場合や、吸込流路８の圧力が大気圧より高くなる場合、つまり、吸気側の第２中間空間２７にも潤滑水が漏出し得る場合に適用される。吐出側に比べて、吸気側の第２中間空間２７は、圧縮室１０（吸込流路５）との圧力差が小さいため、吐出側よりも漏出する潤滑水の量が少なく、例えば、吐出側の５分の１程度の潤滑水が漏出するだけである。そこで、全ての第２中間空間２７から漏出した潤滑水を１つのレシーバ３１に集めることで、エジェクタ７に安定して潤滑水を供給してエジェクタ７の吸引状態を安定させられる。

さらに、図４に、本発明の第４実施形態の圧縮装置１ｃを示す。本実施形態の圧縮装置１ｃでは、気液分離器３で分離し、冷却器６で冷却した潤滑水の一部を、環流流路４から分岐した分岐流路３３を介して、圧縮室１０の中間圧力部、つまり、内圧が気液分離器３で分離した潤滑水の圧力よりも僅かに低い部分に導入するようになっている。

先に述べたように、エジェクタ７の作動水として必要な潤滑水は、２０Ｌ／ｍｉｎ程度である。従って、エジェクタ７の能力を確保しながら、一部の潤滑水を圧縮室１０の中間圧力部に導入することで、圧縮室１０およびスクリュロータ１１の吐出側をより効果的に冷却できる。これにより、スクリュ圧縮機２の部分的な過熱や温度ムラによる歪み等を防止できる。

また、気液分離器３で分離した潤滑水の圧力は、エジェクタ７で必要な吸引力を発生させるのに必要な圧力よりも十分に高いので、エジェクタ７から流出した潤滑水は、依然としてスクリュ圧縮機２の吸込圧力よりも高い圧力を有している。従って、吸込流路５よりも圧力が高い圧縮室１０の低圧部に、エジェクタ７から流出した潤滑水を導入するようにしてもよい。

尚、本実施形態の分岐流路３３に係る構成を、上述の第１乃至第３実施形態の圧縮装置に１，１ａ，１ｂに適用してもよい。

また、上述の第１乃至第４実施形態では、エジェクタ７は、気液分離器３で分離した潤滑水を供給ポート７ａから排出ポートへと通過させることで、吸引ポート７ｃに負圧を発生させ、大気連通孔２９によって大気圧に保たれている中間空間２８に漏出した潤滑水を、排出流路８を介して吸引する。しかしながら、本発明は、スクリュ圧縮機の大気圧よりも高い圧力を有する内部空間に漏出した潤滑流体を、吸込流路または圧縮室の低圧部に環流させるために適用されてもよい。その場合、エジェクタの吸引ポートの圧力は、大気圧よりも高い圧力になってもよい。

例えば、２段圧縮機の２段目を構成するスクリュ圧縮機では、吸込流路の圧力が大気圧よりも相当に高い圧力である。そのようなスクリュ圧縮機のある程度圧力の高い内部空間に漏出した潤滑流体を吸込流路に環流させるために本発明を適用する場合、エジェクタの排出ポートの圧力が吸込流路の圧力よりも高くなければならないので、吸引ポートに発生させられ得る圧力は、当該内部空間の圧力よりは低いが大気圧よりも高い圧力になることが予想される。

１…圧縮装置
２…スクリュ圧縮機
３…気液分離器
４…循環流路
５…吸込流路
７…エジェクタ
７ａ…供給ポート
７ｂ…排出ポート
７ｃ…吸引ポート
８…排水流路
９…ハウジング
１０…圧縮室
１１…スクリュロータ
１２…吐出流路
１３…シャフト
１４，１５…軸受
１６，１７…軸受室
１８，１９…流体圧シール
２０，２１…シール
２２，２３…リップシール
２５，２６…第１中間空間
２７，２８…第２中間空間
３０…連通路
３１…レシーバ

Claims

スクリュロータによってガスを圧縮する圧縮室内に潤滑流体を導入して潤滑および冷却を行うスクリュ圧縮機と、
前記スクリュ圧縮機が吐出した圧縮ガスから前記潤滑流体を分離する気液分離器と、
前記気液分離器で分離した前記潤滑流体を通過させることによって、前記スクリュ圧縮機の軸封部から漏出する前記潤滑流体を吸引する圧力を生じるエジェクタとを有し、
前記エジェクタから流出する前記潤滑流体を、前記スクリュ圧縮機の吸込流路または前記圧縮室の低圧部に導入することを特徴とする圧縮装置。
前記軸封部から流出する前記潤滑流体を１つのレシーバに導入し、前記レシーバの底部に前記エジェクタを接続したことを特徴とする請求項１に記載の圧縮装置。
前記スクリュ圧縮機の吐出側の前記軸封部は、３つ以上のシール機構を備え、両側が前記シール機構で封止されたシール空間を２つ以上形成し、前記圧縮室側から２つ目以降の前記シール空間から前記潤滑流体を前記スクリュ圧縮機の外部に漏出させ、前記潤滑流体を漏出させる前記シール空間より前記圧縮室側の前記シール空間のいずれかが前記圧縮室の低圧部に連通していることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮装置。
前記気液分離器で分離した前記潤滑流体の一部分を、前記圧縮室の中間圧力部に導入することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧縮装置。
前記潤滑流体は、水であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の圧縮装置。