JP2014074350A - スクリュ圧縮機および圧縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出温度を高くできるスクリュ圧縮機を提供する。
【解決手段】スクリュ圧縮機１は、スクリュロータ９，１０を収容するロータ室８と、スクリュロータ９，１０のロータ軸１７，１８を支持する軸受２０，２２を収容し、ロータ室８と反対側の部分に給油流路３６，３７を介して潤滑油が供給される軸受空間３０，３１と、ロータ室８と軸受空間３０，３１の間に設けられ、注油流路４１を介して潤滑油が供給される圧油空間４２，４３と、圧油空間４２，４３と軸受空間３０，３１との間に設けられ、軸受空間３０，３１および圧油空間４２，４３から潤滑油が漏出可能な中間空間４５，４６と、中間空間４５，４６から潤滑油を排出するために中間空間４５，４６をより低圧の空間に連通させる排油流路４８を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、スクリュ圧縮装機および圧縮装置に関する。

例えば、特許文献１〜４に記載されているように、スクリュ圧縮機装置において、スクリュ圧縮機が吐出したガスから油分離器で潤滑油を分離し、分離した潤滑油を、スクリュ圧縮機に再供給する技術がよく知られている。

特に、特許文献１に記載されているように、ロータ室からロータ軸に沿ってガスが漏出しないように、ロータ室と軸受空間との間の軸封部のシールを補助するために軸封部に潤滑油を供給することが多い。この場合、軸封のために供給された潤滑油が軸封部から軸受側に漏出するため、この潤滑油によって軸受を潤滑し、軸受を潤滑した潤滑油を外部に排出するように構成される。

また、軸受と軸封部との間に、バランスピストンを設けて、潤滑油の圧力により圧縮ガスがロータ軸を吸込側に押圧する力を相殺する場合もある。この場合にも、バランスピストンとケーシングとの間の隙間から軸受側に漏出した潤滑油により、軸受の潤滑が行われる。

ここで、ロータ室のシールに使用する潤滑油の温度が低いと、ロータ室の端壁を介してロータ室内のガスと熱交換したり、その一部が直接ロータ室内に侵入したりすることによって、ロータ室内のガスを冷却することになる。圧縮機の用途の中には、吐出ガスに一定以上の温度を要求するものもあるが、その場合、軸封のために供給する潤滑油の温度も高くすることが必要となる。

軸封部に供給する潤滑油の温度を高くすると、軸封部から軸受部に供給される潤滑油の温度も高くなる。しかしながら、軸受に給油する潤滑油の温度が高すぎると、軸受の破損や寿命短縮を招くという問題が生じる。このため、従来の圧縮機では、吐出温度を十分に高くできない場合があった。

また、通常、軸封部やバランスピストンから軸受側に漏出する潤滑油の油量は、軸受を潤滑するために必要な油量よりもかなり多量となるので、軸受には必要以上の潤滑油が供給される。これにより、軸受は、ロータ軸の回転にともなって、過剰に供給された潤滑油を撹拌し、流体抵抗によるエネルギー損失を無用に生じさせる。

特開平１０−９１７９号公報 特開平１０−１５９７６４号公報 特開２０００−３３７２８２号公報 特開２００５−３３７２４２号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、吐出温度を高くできるスクリュ圧縮機および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、本発明によれば、スクリュロータによって気体を圧縮し、潤滑油が供給されるスクリュ圧縮機であって、前記スクリュロータを収容するロータ室と、前記スクリュロータのロータ軸を支持する軸受を収容し、前記ロータ室と反対側の部分に給油流路を介して前記潤滑油が供給される軸受空間と、前記ロータ室と前記軸受空間の間に設けられ、注油流路を介して前記潤滑油が供給される圧油空間と、前記圧油空間と前記軸受空間との間に設けられ、前記軸受空間および前記圧油空間から前記潤滑油が漏出可能な中間空間と、前記中間空間から前記潤滑油を排出するために、前記中間空間をより低圧の空間に連通させる排油流路とを有するものとする。

この構成によれば、潤滑油によってシールする軸封部の内部空間およびバランスピストンに油圧を作用させる空間のような圧油空間と軸受空間との間に中間空間を設け、中間空間から潤滑油を排出するようにしたので、圧油空間および軸受空間に、それぞれ適切な温度の潤滑油を個別に供給できる。これにより、軸受の破損や寿命短縮を招くことなく、吐出温度を高く設定できる。

また、本発明によるスクリュ圧縮機は、前記中間空間と前記軸受空間とを区分する仕切板を備えてもよい。

この構成によれば、圧油空間から中間空間に多量の潤滑油が勢いよく流出する場合にも、中間空間の潤滑油が軸受空間に流入しないように、潤滑油の流れを遮断できる。

また、本発明によるスクリュ圧縮機は、前記給油流路における前記潤滑油の流量を制限する流量制限手段を有してもよい。

この構成によれば、軸受に供給される潤滑油の量を最小限に留めて、潤滑油の撹拌による損失を防止することができる。

また、本発明によるスクリュ圧縮機において、前記低圧の空間は、前記ロータ室の閉じ込み空間であってもよい。

この構成によれば、中間空間から潤滑油を排出する圧力を適当に設定できる。

また、本発明による圧縮装置は、前記スクリュ圧縮機のいずれかと、前記スクリュ圧縮機が吐出した気体から前記潤滑油を分離する油分離器とを有し、前記油分離器で分離した前記潤滑油をそのまま前記圧油空間に供給し、前記油分離器で分離した前記潤滑油を冷却してから前記給油流路を介して前記軸受空間に供給するものとする。

この構成によれば、圧油空間の潤滑油が吐出温度であるため、ロータ室内の圧縮ガスを冷却することがない。

本願発明では、圧油空間と軸受空間との間に両空間から潤滑油が漏出する中間空間を設けて、圧油空間および軸受空間にそれぞれ潤滑油を供給し、圧油空間および軸受空間から中間空間を介して潤滑油を排出するようにした。このため、圧油空間および軸受空間にそれぞれ異なる温度の潤滑油を供給でき、軸受温度を低く抑えながら吐出温度を高くできる。

本発明の１つの実施形態の圧縮装置の構成図である。 図１のスクリュ圧縮機の高段吐出側の断面図である。 図１のスクリュ圧縮機の低段吐出側の断面図である。

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１つの実施形態の圧縮装置を示す。本実施形態の圧縮装置は、油潤滑式のスクリュ圧縮機１と、スクリュ圧縮機１が吐出した圧縮ガスから潤滑油を分離する油分離器２と、油分離器２が分離した潤滑油の一部を冷却するオイルクーラ３とを有する。

スクリュ圧縮機１は、外部から吸い込んだガスを圧縮する低段圧縮部４と、低段圧縮部４が圧縮したガスをさらに圧縮する高段圧縮部５とを有する２段圧縮機であり、低段圧縮部４および高段圧縮部５を駆動するモータ部６が一体となっている。低段圧縮部４、高段圧縮部５およびモータ部６は、一体に接続して形成された共通のケーシング７を有する。

低段圧縮部４は、ケーシング７に形成されたロータ室８に雌雄一対のスクリュロータ９，１０を収容してなり、スクリュロータ９，１０の回転によって、吸込流路１１からロータ室８にガスを吸い込んで圧縮し、接続流路１２に吐出する。高段圧縮部５は、ケーシング７に形成されたロータ室１３に雌雄一対のスクリュロータ１４，１５を収容してなり、スクリュロータ１４，１５の回転よって、接続流路１２からロータ室１３にガスを吸い込んで圧縮し、吐出流路１６に吐出する。

低段圧縮部４のスクリュロータ９および１０のロータ軸１７，１８は、それぞれ軸受１９，２０および２１，２２によって支持されている。同様に、高段圧縮部５のスクリュロータ１４および１５のロータ軸２３，２４は、それぞれ軸受２５，２６および２７，２８によって支持されている。

スクリュロータ９のロータ軸１７は、モータ部６の回転子の軸と一体であり、スクリュロータ１４のロータ軸２３とカップリング２９によって一体に接続されている。

図２に、低段圧縮部４の吐出側においてロータ軸１７，１８を支持する軸受２０，２２の保持および潤滑に係る構造を詳しく示す。ケーシング７は、軸受２０，２２の外輪が嵌合する円筒形の内壁を有し、軸受２０，２２を収容する軸受空間３０，３１を画定する。軸受空間３０，３１は、ロータ室８側の端部が仕切板３２，３３によって画定され、反対側の端部がエンドキャップ３４，３５によって画定されている。

仕切板３２，３３は、外周がケーシング７に密接しているが、その内周とロータ軸１７との間には、潤滑油が通過できる隙間を形成している。低段圧縮部４のロータ軸１７は、エンドキャップ３４の開口を貫通して、高段圧縮部５のロータ軸２３とカップリング２９により接続されている。カップリング２９の低段圧縮部４側の端部は、エンドキャップ３４の開口の中に挿入されている。

ケーシング７には、カップリング２９の近傍の接続流路１２に開口する給油流路３６と、軸受空間３１のエンドキャップ３５の部分に開口する給油流路３７とが形成されている。給油流路３６および３７は、それぞれ、開口部近傍を縮径することにより流量制限手段として機能するオリフィス部３８，３９設けられている。これらの給油流路３６，３７には、外部の配管を介して、スクリュ圧縮機１（高段圧縮部５）の吐出圧力によって油分離器２からオイルクーラ３を介して潤滑油が供給される（図１参照）。

ケーシング７は、ロータ室８の吐出側の端面を画定する壁部４０を備え、壁部４０の内径は、ロータ軸１７，１８との間に最低限度の隙間を形成するような大きさである。この壁部４０には、ロータ軸１７に向かって開口する注油流路４１が形成されている。注油流路４１には、外部の配管を介して、高段圧縮部５の吐出圧力によって油分離器２から潤滑油が、オイルクーラ３を介さずに供給される（図１参照）。

ロータ軸１７，１８には、注油流路４１から供給される潤滑油を受け入れる圧油空間４２，４３を形成する溝が形成されている。圧油空間４２，４３は、壁部４０に設けた接続孔４４を介して互いに連通している。圧油空間４２，４３に供給された潤滑油は、その圧力によってロータ室８からロータ軸１７，１８に沿って圧縮ガスが漏出しないように、壁部４０とロータ軸１７，１８との間の隙間を封止する軸封油として機能する。

また、ケーシング７は、壁部４０と仕切板３２，３３との間において、ロータ軸１７，１８との間に隙間を設けることによって、中間空間４５，４６を形成している。中間空間４５，４６は、ケーシング７に設けた接続孔４７を介して互いに連通している。さらに、ケーシング７には、中間空間４２に開口する排油流路４８が形成されている。排油流路４８は、外部の配管を介して、ロータ室８内のスクリュロータ９，１０によって隔離された低段圧縮部４の圧縮途中の閉じ込み空間に接続されている（図１参照）。

以上の低段圧縮部４の吐出側の構成において、軸受空間３０は、一端が接続流路１２に連通し、他端が中間空間４５に連通している。接続流路１２の圧力は、第１弾圧縮部４の吐出圧力であり、中間空間４５の圧力は、第１弾圧縮部４の吐出圧力よりも低い閉じ込み空間の圧力である。このため、軸受空間３０の圧力は、接続流路１２の圧力よりも低く、中間空間４５の圧力よりも高くなる。

このような圧力差により、給油流路３６から接続流路１２内のロータ軸２３上に噴射された潤滑油は、カップリング２９とロータ軸２３およびロータ軸１７との隙間を介して、軸受空間３０に流入し、軸受２０を潤滑した後、仕切板３２とロータ軸１７との隙間を介して中間空間４５に流出する。また、中間空間４５と軸受空間３０との圧力差により、圧油空間４２から中間空間４５に漏出した潤滑油は、軸受空間３０に流入できない。そして、圧油空間４２および軸受空間３０から中間空間４５に流出した潤滑油は、いずれも、連通孔４７、中間空間４６および排油流路４８を介して、低段圧縮部４の閉じ込み空間に吸引される。

このため、注油流路４１を介して圧油空間４２に供給された潤滑油は、中間空間４５に漏出しても軸受空間３０には流入しない。したがって、本実施形態のように、潤滑油によってロータ室８内の圧縮ガスが冷却されることを防止するために、オイルクーラ３を介さずに吐出ガスと略等しい温度の潤滑油を注油流路４１に供給しても、軸受２０の温度上昇を招くことがない。

また、スクリュロータ１７と壁部４０との隙間の大きさ、および、圧油空間４２と中間空間４５との圧力差によっては、圧油空間４２から潤滑油が中間空間４５の内部に勢いよく噴出する可能性がある。しかしながら、仕切板３２は、そのような潤滑油の流れを遮断して、高温の潤滑油が軸受空間３０に流入しないようにする役目を果たす。

また、給油流路３６のオリフィス部３８の径を調節すれば、カップリング２９の隙間を介して軸受空間３０に供給される潤滑油の流量を調節して、軸受空間３０への過剰な潤滑油の供給を防止できる。これにより、ロータ軸１７の回転によって潤滑油が撹拌されることにより損失を生じること、つまり流体抵抗により無用にエネルギー損失を生じることが防止される。

また、軸受空間３１には、給油流路３７を介して高段圧縮部５の吐出圧と等しい圧力を有する潤滑油が供給され、軸受２２を潤滑した潤滑油は、仕切板３３とロータ軸１８との隙間を介して、高段圧縮部５の吐出圧よりも圧力が低い低段圧縮部４の閉じ込み空間と等しい圧力を有する中間空間４５に流出する。また、圧油空間４３から中間空間４６に漏出した潤滑油、および、圧油空間４５から中間空間４６に流入した潤滑油は、圧力差のために軸受空間３１には流入せず、排油流路４８を介して、低段圧縮部４の閉じ込み空間に吸引される。

また、仕切板３３は、仕切板３２と同様に、中間空間４６内の潤滑油が軸受空間３１に流入することを防止する。したがって、注油流路４１に高温の潤滑油を供給しても、軸受２１の温度上昇を招くことがない。

また、オリフィス部３９は、流路面積を制限することによって軸受空間３１に流入する潤滑油の流量を制限するので、ロータ軸１８の回転にともなって軸受２２が潤滑油を撹拌することによる損失の発生、つまり流体抵抗による無用なエネルギー損失の発生を防止する。

このように、注油流路４１を介して圧油空間４２，４３に供給される潤滑油は、軸受空間３０，３１には流入しない。したがって、本実施形態のように、オイルクーラ３を介さずに吐出ガスと略等しい温度の潤滑油を注油流路４１に供給して、ロータ室８内の圧縮ガスを冷却しないようにしても、軸受２０，２２の温度上昇を招くことがない。よって、軸受２０，２２の温度上昇による破損を招くことなく、低段圧縮部４の吐出温度を高く設定できる。

逆に、給油流路３６，３７を介して軸受空間３０，３１に供給される潤滑油は、低圧の排油流路に吸引されるので、圧力の高い圧油空間４２，４３には流入しない。このため、本実施形態のように、オイルクーラ３によって冷却した潤滑油を給油流路３６，３７に供給して、軸受空間３０，３１に導入される潤滑油を軸受２０，２２にとって最適な温度としても、圧油空間４２，４３の潤滑油、ひいては、ロータ室８内の圧縮ガスを冷却することがない。

続いて、図３に、高段圧縮部５の吐出側においてロータ軸２３，２４を支持する軸受２６，２８の保持および潤滑に係る構造を詳しく示す。ケーシング７は、軸受２６，２８の外輪が嵌合する円筒形の内壁を有し、軸受２６，２８を収容する軸受空間４９，５０を画定する。軸受空間４９，５０は、ロータ室１３側の端部が仕切板５１，５２によって画定され、反対側の端部がエンドキャップ５３，５４によって封止されている。仕切板５１，５２は、外周がケーシング７に密接しているが、その内周とロータ軸２３，２４との間には、潤滑油が通過できる隙間を形成している。

エンドキャップ５３，５４には、軸受空間４９，５０に開口する給油流路５５，５６が形成されている。給油流路５５，５６は、それぞれ、開口部近傍を縮径することにより流量制限手段として機能するオリフィス部５７，５８設けられている。給油流路５５，５６には、外部の配管を介して、高段圧縮部５の吐出圧力によって油分離器２からオイルクーラ３介して潤滑油が供給される（図１参照）。

ケーシング７は、ロータ室８の吐出側の端面を画定する壁部５９を備え、壁部５９の内径は、ロータ軸２３，２４との間に最低限度の隙間を形成するような大きさである。この壁部５９には、ロータ軸２４に向かって開口する注油流路６０が形成されている。注油流路６０には、外部の配管を介して、高段圧縮部５の吐出圧力によって油分離器２から潤滑油が、オイルクーラ３を介さずに供給される（図１参照）。

ロータ軸２４には、注油流路６０から供給される潤滑油を受け入れる圧油空間６１を形成する溝が形成されている。ケーシング７は、壁部５９と仕切板５２との間のロータ軸２４の周囲に中間空間６２を画定している。一方、ロータ軸２３には、ケーシング７の円筒形の内壁に摺動可能に嵌合するバランスピストン６３が固定されている。バランスピストン６３は、ケーシング７とロータ軸２３との間の空間を、ロータ室１３側の圧油空間６４と、軸受２６側の中間空間６５とに区分する。また、ケーシング７には、ロータ軸２４の周囲の圧油空間６１とロータ軸２３周囲の圧油空間６２とを接続する接続流路６６、および、ロータ軸２４の周囲の中間空間６２をロータ軸２３の周囲の中間空間６５に接続する接続孔６７が形成されている。また、ケーシング７には、中間空間６２に開口する排油流路６８が形成されている。排油流路４８は、外部の配管を介して、ロータ室１３内のスクリュロータ１４，１５によって隔離された低段圧縮部４の圧縮途中の閉じ込み空間に接続されている（図１参照）。

圧油空間６１，６４に供給された潤滑油は、その圧力によってロータ室１３からロータ軸２４，２３に沿って圧縮ガスが漏出しないように、壁部５９とロータ軸２４，２３との間の隙間を封止する軸封油として機能する。また、圧油空間６４に供給された潤滑油は、その圧力によって、バランスピストン６３を軸受２３に向かって（吐出側に）押圧する。これにより、ロータ室１３内で圧縮されたガスがロータ軸２３を吸込側に押圧する力を相殺する。

軸受空間４９，５０には、給油流路５５，５６を介して高段圧縮部５の吐出圧と等しい圧力を有する潤滑油が供給され、軸受２６，２８を潤滑した潤滑油は、仕切板５１，５２とロータ軸２３，２４との隙間を介して、低段圧縮部４の閉じ込み空間と等しい圧力を有する中間空間４５に流出する。また、圧油空間６１，６４から中間空間６２，６５に漏出した潤滑油も、圧力差によって、軸受空間４９，５０には流入しない。このため、低段圧縮部４と同様に、ロータ室１３のシールのための潤滑油の温度を高くして、高段圧縮部５の吐出温度を高く設定できるとともに、軸受２６，２８の潤滑のための潤滑油の温度を吐出温度よりも低い適切な温度に設定できる。

また、オリフィス部５７，５８は、軸受空間４９，５０に流入する潤滑油の流量を制限するので、ロータ軸２３，２４の回転にともなって軸受２６，２７が潤滑油を撹拌することによる損失の発生、つまり流体抵抗による無用なエネルギー損失の発生を防止する。

また、仕切板５１，５２は、圧油空間から中間空間６５，６２に勢いよく漏出する場合にも、中間空間６５，６２内の潤滑油が、軸受空間４９，５０に流入することを防止する。したがって、注油流路６０に高温の潤滑油を供給しても、軸受２６，２８の温度上昇を招くことがない。

尚、本実施形態では、排油流路４８および６８が低段圧縮部４の閉じ込み空間に接続されているが、排油流路４８および６８は、中間空間４５，４６および６５，６２から潤滑油を排出できるような低い圧力を有する他の空間に接続してもよい。また、低段圧縮部４の排油流路４８と、高段圧縮部５の排油流路６８とを異なる低圧空間に連通させてもよい。

本発明は、上記実施形態のような２段スクリュ圧縮機に限られず、油潤滑される単段または多段のスクリュ圧縮機全般、および、それらを用いた圧縮装置全般に広く適用可能である。また、本発明のスクリュ圧縮機および圧縮装置は、冷凍機やヒートポンプの構成要素として利用できる。

１…スクリュ圧縮機
２…油分離器
３…オイルクーラ
４…低段圧縮部
５…高段圧縮部
７…ケーシング
８…ロータ室
９，１０…スクリュロータ
１２…接続流路
１３…ロータ室
１４，１５…スクリュロータ
１７，１８…ロータ軸
２０，２２，２６，２８…軸受
３０，３１…軸受空間
３２，３３…仕切板
３６，３７…給油流路
３８，３９…オリフィス部（流量制限手段）
４１…注油流路
４２，４３…圧油空間
４５，４６…中間空間
４８…排油流路
４９，５０…軸受空間
５１，５２…仕切板
５５，５６…給油流路
５７，５８…オリフィス部（流量制限手段）
６０…注油流路
６１，６４…圧油空間
６２，６５…中間空間
６３…バランスピストン
６８…排油流路

Claims (5)

1. スクリュロータによって気体を圧縮し、潤滑油が供給されるスクリュ圧縮機であって、
   前記スクリュロータを収容するロータ室と、
   前記スクリュロータのロータ軸を支持する軸受を収容し、前記ロータ室と反対側の部分に給油流路を介して前記潤滑油が供給される軸受空間と、
   前記ロータ室と前記軸受空間の間に設けられ、注油流路を介して前記潤滑油が供給される圧油空間と、
   前記圧油空間と前記軸受空間との間に設けられ、前記軸受空間および前記圧油空間から前記潤滑油が漏出可能な中間空間と、
   前記中間空間から前記潤滑油を排出するために、前記中間空間をより低圧の空間に連通させる排油流路とを有することを特徴とするスクリュ圧縮機。
2. 前記中間空間と前記軸受空間とを区分する仕切板を備えることを特徴とする請求項１に記載の油冷式スクリュ圧縮機。
3. 前記給油流路における前記潤滑油の流量を制限する流量制限手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の油冷式スクリュ圧縮機。
4. 前記低圧の空間は、前記ロータ室の閉じ込み空間であ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スクリュ圧縮機。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のスクリュ圧縮機と、前記スクリュ圧縮機が吐出した気体から前記潤滑油を分離する油分離器とを有し、
   前記油分離器で分離した前記潤滑油をそのまま前記圧油空間に供給し、前記油分離器で分離した前記潤滑油を冷却してから前記給油流路を介して前記軸受空間に供給することを特徴とする圧縮装置。

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