JP2011521167A - 流体噴射スクリュー圧縮機要素部 - Google Patents

Abstract

ハウジング（１）内に半径方向および軸方向に軸受け取り付けされた２つの協働ロータ（２および３）を備え、ハウジングはロータ（２および３）が配置されたロータ室（４）を取り囲み、流体噴射用の流体回路（１１）がロータ室（４）の内部に排出する流体噴射スクリュー式圧縮機要素部において、少なくとも一方のロータのラジアル軸受けは、当該ロータと当該ロータの径方向外周部に対向するハウジングの壁部分との接触によって、および／またはもう一方のロータとの協働によって、および最大１つの追加のラジアル軸受けによって、形成されることを特徴とする流体噴射スクリュー式圧縮機要素部。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハウジング内に軸受け取り付けされた２つの協働ロータを備え、ハウジングはロータが配置されたロータ室を取り囲み、流体噴射用の流体回路がロータ室の内部に排出する流体噴射スクリュー式圧縮機要素部に関する。

流体噴射スクリュー式圧縮機要素部は一般に公知であり、互いに噛み合ったそれぞれのロータの歯の間に形成された圧縮室の容積がロータの回転中に徐々に縮小するという公知の原理に従って動作する。

これらのロータの一定の回転後、ロータ間に形成された圧縮室の１つは、スクリュー式圧縮機要素部の出口に接続される。

油噴射スクリュー式圧縮機要素部は現在では既に公知であり、ロータの潤滑、冷却、および密閉のために、４０℃における動粘度が３０から７０ｃＳｔ（＝３．１０^−６から７．１０^−６ｍ^２／ｓ）と比較的高い、ＩＳＯ４６に準じた油が圧縮室内に噴射される。

このような油噴射スクリュー式圧縮機要素部を良好に作動させるには、各ロータとハウジングとの間の摩擦が抑えられるような回転形態で上記ロータを取り付けられるように、両ロータの両側にラジアル、および／またはラジアル／アキシャル、ころ軸受けを使用する必要がある。

ころ軸受けとは、または転がり軸受けと称されるものとは、玉、円錐ころ、円錐、円柱、針状など、さまざまな方法で形成可能な転動体が設けられた軸受けと理解される。

このようなラジアル、またはラジアル／アキシャル、ころ軸受けの存在は、とりわけ、圧縮中にロータにかかる半径方向の力を吸収するために必要とされ、さらには例えば歯車、ベルト、またはチェーンの形態の駆動部から上記ロータにかかる力を吸収するためにも必要とされる。上記ころ軸受けは、ロータからハウジングへの振動の伝達も確実に制限するので、圧縮機の寿命のためにも、騒音公害を制限するためにも良い。

このような公知のスクリュー式圧縮機要素部の欠点の１つは、このようなころ軸受けは通常高価であるばかりか、スクリュー式圧縮機要素部の組み立て中に比較的取り付け難いことである。

油の代わりに水が同じ目的で、すなわち冷却、潤滑、および密閉のために、圧縮室に噴射される水噴射圧縮機要素部も既に公知である。

この種の水噴射スクリュー式圧縮機要素部では、ロータは軸頚によって、例えば黒鉛製の腐食しないブッシュを備えた水潤滑滑り軸受けによってハウジング内の両側で半径方向に軸受け取り付けされる。このブッシュは、一方の側にあるロータのそれぞれの軸頚ともう一方の側にある圧縮機要素部のハウジングとの間に延在する。

このような水噴射圧縮機要素部の欠点の１つは、このような水潤滑滑り軸受けは通常高価である。その理由は、上記ブッシュは必ず比較的高価な材料で製造され、また上記軸受けはこのブッシュに高い製作公差を要求するからである。

このような水噴射スクリュー式圧縮機要素部の別の欠点は、多くの場合、水を圧縮室と滑り軸受けとに噴射するためのいくつかの噴射チャネルが存在するため、比較的複雑なハウジングを有することである。

公知の水噴射スクリュー式圧縮機要素部のさらに別の欠点は、ハウジング内のロータの遊びが比較的大きいことである。その結果、圧縮室内の相補ロータ間および各ロータとロータ室の壁との間で漏れ損失が発生する。この漏れ損失は噴射流体によって一部吸収される。

本発明は、上記および他の欠点の１つまたはいくつかを解消することを目的とする。

このため、本発明は、ハウジング内に半径方向および軸方向に軸受け取り付けされた２つの協働ロータを備え、ハウジングはロータが配置されたロータ室を取り囲み、流体の噴射用流体回路がロータ室の内部に通じている流体噴射スクリュー式圧縮機要素部であって、少なくとも１つのロータのラジアル軸受けが、当該ロータと当該ロータの径方向外周部に対向するハウジングの壁部分との直接接触によって、および／またはもう一方のロータとの協働によって、および最大１つの追加のラジアル軸受けによって、実現されるという特定の特徴を有する流体噴射スクリュー式圧縮機要素部に関する。

上記最大１つの追加の軸受けは、ころ軸受けまたは滑り軸受けで構成しうる。

本発明によるこのような流体噴射スクリュー式圧縮機要素部の１つの利点は、少なくとも一方のロータのラジアル軸受けがハウジングによって、および／またはもう一方のロータとの協働によって、実現されるため、上記少なくとも一方のロータには少なくとも一方の軸方向ロータ端にラジアル軸受けがないことである。したがって、このような流体噴射スクリュー式圧縮機要素部は、両ロータの両側にラジアル、またはラジアル／アキシャル、ころ軸受けが設けられた従来の油噴射スクリュー式圧縮機要素部より安価に単純かつ小型に製造できる。

ロータの両側にラジアル滑り軸受けが設けられた公知の水噴射スクリュー式圧縮機要素部に比べ、本発明によるこのような流体噴射スクリュー式圧縮機要素部は、ハウジング内に設ける必要がある潤滑チャネルの数をかなり減らせるので、公知の水噴射スクリュー式圧縮機要素部より単純かつ安価に実現することもできる。

本発明による流体噴射スクリュー式圧縮機要素部の別の利点は、少なくとも一方のロータがハウジングによって、および／またはもう一方のロータとの協働によって、半径方向に軸受け取り付けされるので、取り付け時にロータの位置合わせ不良が回避されることである。

好ましくは、上記ロータの少なくとも一方は、追加のラジアル軸受けがなく、この少なくとも一方のロータのラジアル軸受けは、ハウジングによって、および／またはもう一方のロータとの協働、によってのみ実現される。

これは、スクリュー式圧縮機要素部がさらに単純化され、製造および材料費がさらに低減されるという点で好都合である。

本発明の好適な一特徴によると、流体噴射スクリュー式圧縮機要素部は、相補ロータ間、および／または各ロータとハウジングとの間、の一切の摩擦を抑えるための措置をさらに備える。

その利点の１つは、スクリュー式圧縮機要素部は、従来のスクリュー式圧縮機要素部に比べ効率が良く、かつ各ロータからハウジングへの振動の伝達も制限されるので、振動音響の放出が低減され、スクリュー式圧縮機要素部の寿命が長くなることである。

本発明の特徴をより良く説明するために、添付図を参照しながら本発明による流体噴射スクリュー式圧縮機要素部の以下の好適な実施形態を単に例として限定的な意図は一切なしに説明する。

本発明よる流体噴射スクリュー式圧縮機要素部を模式的に表した断面図である。

図に表されている流体噴射スクリュー式圧縮機要素部は、主に、ハウジング１と、２つの協働ロータ、すなわち上記ハウジング１内に設けられた雌ロータ２と雄ロータ３、とで構成されている。

ハウジング１はロータ室４を取り囲み、ロータ室４は入口側と称される一方の側に圧縮される気体のための入口開口部が設けられた入口５を備え、出口側と称されるもう一方の側に圧縮された気体および噴射された流体のための出口６を備える。

この出口６には出口ライン７が接続され、出口ライン７は流体分離装置８に終端し、流体分離装置８の上方には、圧縮された気体のための排出ライン９が開口し、底部には分離された流体をロータ室４に戻す流体ライン１０が接続され、上記流体ライン１０は開口部１０Ａおよび１０Ｂによってロータ室４に開口している。

流体分離装置８および流体ライン１０は、流体回路１１の一部である。スクリュー式圧縮機要素部の通常動作中は出口ライン７では相対的に高い圧力、すなわち出口圧力、が優勢であるので、この出口圧力は流体分離装置８内でも多かれ少かれ優勢である。流体ライン１０は、優勢な圧力がスクリュー式圧縮機要素部の出口圧力と実質的に同じである流体回路１１の部分を形成する。

雌ロータ２は螺旋体１２を備え、この螺旋体１２は、所与の例においては、直接回転できるように、軸頚および追加の軸受けなしにロータ室４に設けられる。一方、雄ロータ３は螺旋体１３と、このケースでは２つの軸頚１４および１５とを有し、上記雄ロータは軸頚１４、１５の周囲にそれぞれ延在する２つの軸受け１６および１７によってハウジング１内に軸頚１４および１５によって軸受け取り付けされている。

本発明によると、少なくとも一方のロータのラジアル軸受けは接触によって実現され、より具体的には、当該ロータと当該ロータの径方向外周部に対向するハウジング１の壁部分との直接接触によって、および／またはもう一方のロータとの協働によって、および最大１つの追加のラジアル軸受けによって、実現される。このラジアル軸受けは、ころ軸受けまたは滑り軸受けで構成しうる。

図の例において、雌ロータ２の軸受けは、雄ロータ３との協働およびハウジング１によってのみ実現され、この雌ロータには追加のラジアル軸受けが設けられていない。

特に、上記雌ロータ２は軸受け取り付けされる軸頚がなく、ラジアル軸受けは、当該ロータ２と当該ロータ２の径方向外周部に対向するハウジング１の壁部分との直接接触と、雄ロータ３との協働とによってのみ保証されるため、追加のラジアル軸受けは必要ない。一方、雌ロータ２のアキシャル軸受けは、当該雌ロータ２の端面とこれに対向するハウジング１の壁部分との間の接触によってのみ保証され、追加のアキシャル軸受けを必要としない。

本発明による流体噴射スクリュー式圧縮機要素部は、ロータ２および３とハウジング１との間に出口側の軸方向遊びを制限する手段を備えることが好ましい。

この目的のために、このケースでは、ハウジング１の端部１８に、圧縮機要素部の入口側の軸頚１４の遠端横断面に対向して、密閉室１９が形成される。圧縮機要素部が作動中のとき上記軸頚１４の遠端横断面に圧力が加わるように、密閉室１９は、枝管２０を介して流体ライン１０に接続され、ひいては出口圧力より低い圧力が優勢である流体回路１１の部分に接続される。

同様に、ハウジング１の端部１８に、圧縮機要素部の入口側の雌ロータ２の本体１２の端部横断面に対向して、密閉室２１が形成される。圧縮機要素部が作動中のときロータ２のこの端部横断面にも圧力が加わるように、密閉室２１は枝管２２を介して流体ライン１０に接続され、ひいては出口圧力に実質的に等しい圧力が優勢である流体回路１１の部分に接続される。

この所与の例においては、雄ロータ３の軸頚１５をハウジング１の外側に延在させ、図１には表されていないモータなどの駆動部にハウジング１の外側で結合することができる。

このケースでは、雌ロータ２は上記駆動部には接続されず、雄ロータ３によって直接駆動される。

ただし、本発明によると、雄ロータ３が雌ロータ２によって駆動されるように、ハウジング１の外側に延在して駆動部に結合される軸頚を雌ロータ２にのみ設けることも可能である。

本発明の好適な一特徴によると、流体噴射スクリュー式圧縮機要素部は、相補ロータ２および３間の摩擦、およびロータ２および３とハウジング１との間の一切の摩擦を抑えるための措置を備え、この措置は、本発明の好適な側面によると、一方または両方のロータ２および３の表面の少なくとも一部、および／またはハウジング１の壁の少なくとも一部、にわたって設けられた実質的に摩擦のない硬質の被膜を含む。

特に、上記被膜は、以下の表面のうちの１つまたはいくつかの少なくとも一部にわたって設けることができる。
− ロータ２および３の少なくとも一方の端面。
− ロータ２および３の少なくとも一方の接触面。「接触面」とは、スクリュー式圧縮機要素部が作動中のとき、後者と協働するロータに接触するロータ表面上の点の集合を意味する。
− ロータ２または３の上記端面に対向するハウジング１の壁部分。
− 上記ロータ２または３の径方向外周部に対向するハウジング１の壁部分。

上記被膜は、例えば「ダイアモンド状炭素」被膜（ＤＬＣ被膜）と称されるもので構成することも、あるいは「準無摩擦炭素」被膜（ＮＦＣ被膜）、セラミック被膜、金属被覆、高分子被膜など別の被膜の形態で行うこともできる。

上記被膜に、硬質および／または潤滑型充填材のマイクロ粒子および／またはナノ粒子を添加してもしなくてもよい。

本発明の特殊な側面によると、開口部１０Ａおよび１０Ｂからロータ室４に噴射される流体は、粘度が極めて低い冷却液（例えば鉱油）、換言すると、４０℃における動粘度が現在の油冷式圧縮機の動粘度（６．１０^−６ｍ^２／ｓ）よりかなり低い冷却液から成る。この冷却液は、上記被膜との協働によって、相補ロータ２および３間、および／またはロータ２および３とハウジング１との間、で減摩効果を引き起こす。このため、極めて低い粘度にも拘らず、スクリュー式圧縮機要素部のあらゆる作動条件において潤滑および密閉効果が得られる。

このため、噴射流体は冷却液のみで構成する必要があり、密閉性または潤滑性そのものを有してはいけない。

ロータ２および３間、およびロータ２および３とハウジング１との間の一切の摩擦を抑えるための措置を適切に使用することによって、このケースでは、被膜部分を適切に寸法設計し、被膜と冷却液との適切な組み合わせを使用することによって、ロータ２および／または３の少なくとも一方は、少なくとも一方の軸方向ロータ端にラジアル軸受けが無くなり、特に少なくとも一方の軸方向ロータ端に軸頚１４−１５が無くなる。

相補ロータ２および３間およびロータ２および３とハウジング１との間の一切の摩擦を減らすための別の好適な追加対策は、実質的に摩擦のない挙動を有する形態が提供されるように、一方または両方のロータおよび／またはハウジング１の壁の表面の少なくとも一部にわたって起伏を設けるという特徴から成る。

この目的のために、レーザによって肌理を当該表面に焼き付けることができる。当該表面の処理は、サンドブラスト、ホーニング仕上げ、ラップ仕上げ、または研磨、あるいは何れか他の表面処理手法などによって行うことができる。

このような起伏は被膜のない表面に少なくとも設けることが好ましいが、本発明によると厳密にはそうである必要はなく、上記の実質的に摩擦のない被膜によって後で被覆される表面にこのような被覆を設けることもできる。

特に、上記起伏は、以下の表面のうちの１つまたはいくつかに少なくとも部分的に設けることができる。
− ロータ２および３の少なくとも一方の端面。
− ロータ２および３の少なくとも一方の接触面。
− ロータ２または３の上記端面に対向するハウジング１の壁部分。
− 上記ロータ２または３の径方向外周部に対向するハウジング１の壁部分。

上記減摩面間の実質的に摩擦のない接触と、例えばころ軸受けの場合よりかなり広い面積にわたる軸受け荷重の分散とにより、ハウジング１上へのピーク荷重の伝達がかなり低減される。これにより、スクリュー式圧縮機要素部の振動音響雑音の放出もかなり低減される。

室１９および２１の存在により、軸頚１４の遠端横断面の入口側と雌ロータ２の端面とに、圧縮気体によってロータ２および３に加わる軸方向力に対抗する軸方向圧力がそれぞれ生じる。

本発明は、例として説明し、添付図面に表した実施形態に限定されるものでは決してなく、逆に、このような流体噴射スクリュー式圧縮機要素部は、本発明の範囲に留まりながら、あらゆる種類の形状および寸法で製造することができる。

Claims (15)

1. ハウジング（１）内に半径方向および軸方向に軸受け取り付けされた２つの協働ロータ（２および３）を備える流体噴射スクリュー式圧縮機要素部であって、前記ハウジングはロータ室（４）を取り囲み、前記ロータ（２および３）は前記ロータ室（４）に配置され、前記流体を噴射するための流体回路（１１）が前記ロータ室（４）内に通じている流体噴射スクリュー式圧縮機要素部において、少なくとも一方のロータのラジアル軸受けは、前記当該ロータと前記当該ロータの前記径方向外周部に対向する前記ハウジングの前記壁部分との接触によって、若しくはもう一方のロータとの協働によって、又はそれらの両方によって、或いは最も効果的にはそれらの片方又は両方に１つのラジアル軸受けを追加することによって、実現されることを特徴とする流体噴射スクリュー式圧縮機要素部。
2. 上記ロータ（２および／または３）の少なくとも一方に追加のラジアル軸受けがないことを特徴とする、請求項１に記載の流体噴射スクリュー式圧縮機要素部。
3. 少なくとも一方のロータのアキシャル軸受けは、前記当該ロータ（２および／または３）の端面とこれに対向する前記ハウジング（１）の前記壁部分との間の接触によってのみ実現され、追加のアキシャル軸受けを必要としないことを特徴とする、請求項１または２に記載の流体噴射スクリュー式圧縮機要素部。
4. 少なくとも一方のロータ（２および／または３）は、少なくとも一方または両方の軸方向ロータ端に軸受け取り付けされる軸頚（１４−１５）がないことを特徴とする、先行請求項の何れか１項に記載の流体噴射スクリュー式圧縮機要素部。
5. 前記相補ロータ（２および３）間および／または前記ロータ（２および３）と前記ハウジング（１）との間の一切の摩擦を抑える措置を備えることを特徴とする、先行請求項の何れか１項に記載の流体噴射スクリュー式圧縮機要素部。
6. 前記一切の摩擦を抑える措置は、一方または両方のロータ（２および／または３）の表面の少なくとも一部、および／または前記ハウジング（１）の前記壁の少なくとも一部、にわたって設けられた殆ど摩擦のない硬質被膜を備えることを特徴とする、請求項５に記載の流体噴射スクリュー式圧縮機要素部。
7. 前記被膜はＤＬＣ被膜、ＮＦＣ被膜、セラミック被膜、金属被覆、または高分子被膜から成ることを特徴とする、請求項６に記載の流体噴射スクリュー式圧縮機要素部。
8. 前記被膜は、
   − 前記ロータ（２および３）の少なくとも一方の端面、
   − 前記ロータ（２および３）の少なくとも一方の接触面、
   − ロータ（２および／または３）の上記端面に対向する前記ハウジング（１）の前記壁部分、
   − 上記ロータ（２および／または３）の前記径方向外周部に対向する前記ハウジング（１）の前記壁部分、
   の表面のうちの１つまたはいくつかの少なくとも一部にわたって設けられることを特徴とする、請求項６または７に記載の流体噴射スクリュー式圧縮機要素部。
9. 前記流体の４０℃における動粘度は現在の油噴射圧縮機の動粘度（６．１０^−６ｍ^２／ｓ）より低いことを特徴とする、先行請求項の何れか１項に記載の流体噴射スクリュー式圧縮機要素部。
10. 前記相補ロータ（２および３）間、および／または前記ロータ（２および３）と前記ハウジング（１）との間、に殆ど摩擦のない接触が得られるように、前記被膜と協働して減摩効果を発生させるように前記流体が選択されることを特徴とする、請求項６に記載の流体噴射スクリュー式圧縮機要素部。
11. 殆ど摩擦のない挙動を有する形態をもたらすように、一方または両方のロータ（２および／または３）および／または前記ロータ室（４）の前記壁の表面の少なくとも一部にわたって起伏を備えることを特徴とする、請求項５に記載の流体噴射スクリュー式圧縮機要素部。
12. 前記起伏は、前記当該表面にレーザ焼き付けされた、あるいはサンドブラスト、ホーニング仕上げ、ラップ仕上げ、または研磨などによって、または化学的方法によって設けられた、肌理で形成されることを特徴とする、請求項１１に記載の流体噴射スクリュー式圧縮機要素部。
13. 前記起伏は、
    − 前記ロータ（２および３）の少なくとも一方の端面、
    − 前記ロータ（２および３）の少なくとも一方の接触面、
    − ロータ（２および／または３）の上記端面に対向する前ハウジング（１）の前記壁部分、
    − 上記ロータ（２および／または３）の前記径方向外周部に対向する前記ハウジング（１）の前記壁部分、
    の表面のうちの１つまたはいくつかの少なくとも一部にわたって設けられることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の流体噴射スクリュー式圧縮機要素部。
14. 前記ロータ（２および３）と前記ハウジング（１）との間の遊びを制限する手段であって、前記スクリュー式圧縮機要素部の前記入口側に、ロータ本体（１２）の端面に対向して、および／またはロータ（３）の軸頚（１４）の遠端横断面に対向して、設けられた室（１９、２１）を備えた手段が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の流体噴射スクリュー式圧縮機要素部。
15. 前記室（１９および／または２１）は枝管（それぞれ２０、２２）を介して流体ライン（１０）に接続され、前記流体ライン（１０）は前記スクリュー式圧縮機要素部の前記出口ライン（７）上の流体分離装置（８）に接続されることを特徴とする、請求項１４に記載の流体噴射スクリュー式圧縮機要素部。

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