JP2024130382A - Shaft seal device - Google Patents

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JP2024130382A JP2023040063A JP2023040063A JP2024130382A JP 2024130382 A JP2024130382 A JP 2024130382A JP 2023040063 A JP2023040063 A JP 2023040063A JP 2023040063 A JP2023040063 A JP 2023040063A JP 2024130382 A JP2024130382 A JP 2024130382A
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直幸 柳沼
Naoyuki Yaginuma
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Abstract

To provide a shaft seal device which can be used at a high speed and can exert a high sealing property even during rotation stop.SOLUTION: One end of a cylinder 62 formed in a shaft seal 61 is inserted into a gear chamber 131, and a cylindrical piston is inserted into the cylinder 62, and is movable between a first movement position which is a movement position corresponding to a pressure (negative pressure) inside the gear chamber 131 when an output shaft 51 of a motor is rotated, and a second movement position which is a movement position corresponding to a pressure (pressure of ambient air pressure or more) inside the gear chamber 131 when the motor is stopped. When the output shaft 51 is rotated, a seal material 66 is moved away from a stepped part 22a and sealing is performed by a non-contact seal part 68 formed by a fine interval δ between an inner periphery of the piston 63 and an outer periphery of a rotational shaft 20. When the output shaft 51 is stopped, sealing is performed by a contact seal part 69 in which the seal material 66 is moved to the second movement position and seals a gap S between one end surface 63a of the piston 63 and the stepped part 22a.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は軸封装置に関し,より詳細には,ケーシングに設けた軸孔と,該軸孔内に挿入された回転軸を備えた各種の機器において,前記軸孔の内周と回転軸の外周間の間隔の封止に使用する軸封装置に関する。 The present invention relates to a shaft seal device, and more specifically, to a shaft seal device used to seal the gap between the inner circumference of a shaft hole and the outer circumference of a rotating shaft in various devices that have a shaft hole in a casing and a rotating shaft inserted into the shaft hole.

スクリュ圧縮機のようにケーシング内に形成したロータ室内にスクリュロータ等の回転体を収容した機器では,ケーシングに設けた軸孔内にスクリュロータの端部に突設されたロータ軸等の回転軸を挿入すると共に,軸孔の内周と回転軸の外周間の間隔を軸封装置によって封止する,所謂「軸封」が行われる。 In equipment such as screw compressors that house a rotating body such as a screw rotor in a rotor chamber formed inside a casing, a rotating shaft such as a rotor shaft protruding from the end of the screw rotor is inserted into a shaft hole provided in the casing, and the gap between the inner circumference of the shaft hole and the outer circumference of the rotating shaft is sealed with a shaft seal device, a process known as "shaft sealing."

このような軸封を行うことにより,軸封位置に応じてロータ室からの流体の漏出防止や,ロータ軸を支承する軸受に給油された潤滑油のロータ室に対する浸入防止や機外への漏出防止等を図ることができる。 By sealing the shaft in this way, it is possible to prevent leakage of fluid from the rotor chamber depending on the shaft seal position, to prevent the lubricating oil supplied to the bearings that support the rotor shaft from entering the rotor chamber, and to prevent leakage outside the machine.

この軸封装置に設けるシールとしては,ラビリンスシールやビスコシール(ネジシール)等に代表される非接触式シールと,リップシールやメカニカルシール等に代表される接触式シールがある。 The seals installed in this shaft sealing device include non-contact seals such as labyrinth seals and viscoseals (screw seals), and contact seals such as lip seals and mechanical seals.

このうちの非接触式シールを採用した軸封装置として,後掲の特許文献1には無給油式スクリュ圧縮機の吸入側においてケーシングに設けた軸孔310の内周とロータ軸320の外周間を封止する軸封装置360が開示されている。 As an example of a shaft seal device that employs a non-contact seal, Patent Document 1, which is listed below, discloses a shaft seal device 360 that seals between the inner circumference of a shaft hole 310 provided in a casing on the suction side of an oil-free screw compressor and the outer circumference of a rotor shaft 320.

この軸封装置360は,図9に示すように,ガスをシールするエアシール部361と,軸受330からの油をシールする油切りシール部362と,エアシール部361と油切りシール部362との間に設けられたシールボックス部363を有し,該シールボックス部363を,大気開放穴364を介して大気解放した構成を採用する。 As shown in FIG. 9, this shaft seal device 360 has an air seal portion 361 that seals gas, an oil thrower seal portion 362 that seals oil from the bearing 330, and a seal box portion 363 provided between the air seal portion 361 and the oil thrower seal portion 362, and the seal box portion 363 is open to the atmosphere via an air vent hole 364.

また,後掲の特許文献2にはスクリュ圧縮機の吐出側の軸封部を非接触式シールと接触式シールを組み合わせてシールする軸封装置460が記載されている。 In addition, Patent Document 2, which is listed below, describes a shaft seal device 460 that seals the shaft seal on the discharge side of a screw compressor by combining a non-contact seal and a contact seal.

この軸封装置460は,図10に示すように,スクリュロータ402のロータ軸420の外周と軸孔410内周間の間隔に,スクリュロータ402側から順に,第1非接触シール461と第2非接触シール462とリップシール463を配設し,第1非接触シール461と第2非接触シール462との間の第1シール空間464に潤滑油を供給する給油流路465を連通させると共に,第2非接触シール462とリップシール463との間の第2シール空間466をリップシール463の耐用圧力以下の空間に連通させる(大気解放する)連通孔467を設ける構成を採用する。 As shown in FIG. 10, this shaft seal device 460 is configured such that, in the space between the outer periphery of the rotor shaft 420 of the screw rotor 402 and the inner periphery of the shaft hole 410, a first non-contact seal 461, a second non-contact seal 462, and a lip seal 463 are arranged in that order from the screw rotor 402 side, and an oil supply passage 465 that supplies lubricating oil to a first seal space 464 between the first non-contact seal 461 and the second non-contact seal 462 is connected, and a communication hole 467 is provided that connects the second seal space 466 between the second non-contact seal 462 and the lip seal 463 to a space below the withstand pressure of the lip seal 463 (opening to the atmosphere).

特開2011-256828号公報JP 2011-256828 A 特開2009-287413号公報JP 2009-287413 A

前掲の特許文献1に記載の軸封装置360では,エアシール部361によってロータ室からの圧縮気体の漏出を防止すると共に,油切りシール部362によって軸受330に給油された潤滑油がロータ室側に浸入することを防止している。 In the shaft seal device 360 described in the above-mentioned Patent Document 1, the air seal portion 361 prevents compressed gas from leaking from the rotor chamber, and the oil cutter seal portion 362 prevents the lubricating oil supplied to the bearing 330 from entering the rotor chamber.

しかしながら,特許文献1の軸封装置360で使用しているエアシール部361と油切りシール部362は,いずれも,ロータ軸320との間に形成された微小隙間を介して封止を行う非接触式シールである。 However, the air seal portion 361 and the oil thrower seal portion 362 used in the shaft seal device 360 of Patent Document 1 are both non-contact seals that perform sealing through a small gap formed between them and the rotor shaft 320.

このような非接触式シールはロータ軸320の外周面と接触しないため摩擦が殆どないことから,無給油式スクリュ圧縮機のロータ軸320のように高速で回転する回転軸の封止に用いるに適しているが,非接触である分,接触式シールに比較して流体を密封する能力が低い。 Since this type of non-contact seal does not come into contact with the outer surface of the rotor shaft 320, there is almost no friction, making it suitable for sealing a rotating shaft that rotates at high speeds, such as the rotor shaft 320 of an oil-free screw compressor. However, because it is non-contact, it has a lower ability to seal fluids than a contact seal.

また,回転軸の回転に伴い発生する動圧を利用してシール性能の向上を得ているビスコシール等の動圧型の非接触シールを使用した場合であっても,回転軸が低速回転状態,又は停止した状態では漏洩防止効果が大きく低下する。 In addition, even when using a dynamic pressure type non-contact seal such as Viscoseal, which improves sealing performance by utilizing the dynamic pressure generated by the rotation of the rotating shaft, the leakage prevention effect is greatly reduced when the rotating shaft is rotating at a low speed or is stopped.

そのため,特許文献1に記載の軸封装置360では,油切りシール部362としてビスコシール(ネジシール)を採用しているものの,圧縮作業の停止に伴いスクリュロータの回転を停止すると油切りシール部の漏洩防止効果が低下して軸受330からの潤滑油の漏出を防止することができなくなり,油分の浸入を回避する必要がある無給油式スクリュ圧縮機のロータ室側に軸受330に給油された潤滑油が浸入してしまうおそれがある。 For this reason, although the shaft seal device 360 described in Patent Document 1 employs a viscoseal (screw seal) as the oil cutter seal portion 362, when the rotation of the screw rotor is stopped as the compression operation is stopped, the leakage prevention effect of the oil cutter seal portion decreases and it becomes impossible to prevent leakage of lubricating oil from the bearing 330, and there is a risk that the lubricating oil supplied to the bearing 330 will seep into the rotor chamber side of the oil-free screw compressor, where the intrusion of oil must be avoided.

これに対し,前掲の特許文献2に記載の軸封装置460の構成では,軸受430からの潤滑油の漏出をリップシール463によって封止する構成を採用する。 In contrast, the shaft seal device 460 described in the above-mentioned Patent Document 2 uses a lip seal 463 to seal against leakage of lubricating oil from the bearing 430.

このリップシール463は,合成ゴム等の弾性材料によって形成されたリップの先端部を回転軸であるロータ軸420の外周に押し当てて隙間なくシールすることから,非接触式シールに比較して密閉性が高く,かつ,ロータ軸420が回転を停止している状態でもシールできるという長所を有する。 This lip seal 463 has a lip made of an elastic material such as synthetic rubber, and the tip of the lip is pressed against the outer circumference of the rotor shaft 420, which is the rotating shaft, to create a seal without any gaps. This has the advantage that it has a higher airtightness than a non-contact seal and can be sealed even when the rotor shaft 420 is stopped rotating.

その結果,特許文献2に記載の構成では,スクリュ流体機械の運転を停止することによりロータ軸420が回転を停止している状態においても軸受430に給油された潤滑油がロータ室側に浸入することを防止できるものとなっている。 As a result, the configuration described in Patent Document 2 makes it possible to prevent the lubricating oil supplied to the bearing 430 from entering the rotor chamber even when the rotor shaft 420 has stopped rotating by stopping the operation of the screw fluid machine.

しかしながら,引用文献2に記載の軸封装置460において軸受430からの漏油を封止しているリップシール463は,前述したように合成ゴム製のリップの先端部をロータ軸420の外周に押し当てる構造であるため,スクリュロータを高速回転させる必要がある無給油式のスクリュ圧縮機のように,高速回転,一例として周速20m/sを超える高速で回転する回転軸の軸封に使用すると,摩擦熱や摩耗等によって破損してしまうことから高速回転軸の軸封に使用することができないという欠点がある。 However, the lip seal 463 that seals against oil leakage from the bearing 430 in the shaft sealing device 460 described in Reference 2 has a structure in which the tip of the synthetic rubber lip is pressed against the outer periphery of the rotor shaft 420 as described above. Therefore, when used to seal a rotating shaft that rotates at high speeds, for example at a peripheral speed of more than 20 m/s, such as in an oil-free screw compressor that requires the screw rotor to rotate at high speeds, there is a drawback in that it cannot be used to seal a high-speed rotating shaft because it will be damaged by frictional heat, wear, etc.

特許文献2に記載の軸封装置460では,このようなリップシール463が有する欠点を補って高速回転する回転軸の軸封を可能とすべく,第1の非接触シール461と第2の非接触シール462間に形成された第1シール空間464に潤滑油を供給すると共に,第2の非接触シール462より漏出した潤滑油をリップシール463に供給することで,リップシール463の過熱に伴う劣化や損傷の発生を防止しつつ,ロータ軸420の回転速度の上昇を実現させることに成功している(特許文献2の段落[0023])。 In the shaft seal device 460 described in Patent Document 2, in order to compensate for the drawbacks of the lip seal 463 and enable sealing of a rotating shaft rotating at high speed, lubricating oil is supplied to the first seal space 464 formed between the first non-contact seal 461 and the second non-contact seal 462, and lubricating oil leaked from the second non-contact seal 462 is supplied to the lip seal 463, thereby preventing deterioration and damage caused by overheating of the lip seal 463 and successfully increasing the rotational speed of the rotor shaft 420 (paragraph [0023] of Patent Document 2).

このように特許文献2に記載の構成では,接触式シール(リップシール)463を採用した軸封装置460によって高速回転軸の軸封を可能としているものの,これを実現するためには軸封装置460に2つの非接触式シール461,462と1つの接触式シール463から成る,合計3つのシールを設ける必要があると共に,ケーシングに給油流路465や連通孔467を穿設する必要があるなど,軸封装置460の構造が複雑なものとなっている。 Thus, in the configuration described in Patent Document 2, the shaft seal device 460 employs a contact seal (lip seal) 463, making it possible to seal a high-speed rotating shaft. However, to achieve this, the shaft seal device 460 must be provided with a total of three seals, consisting of two non-contact seals 461, 462 and one contact seal 463, and an oil supply passage 465 and a communication hole 467 must be drilled into the casing, making the structure of the shaft seal device 460 complex.

しかも,リップシール463を高速回転軸の軸封に適用可能とするために,第1シール空間464に対する給油を必須としていることから,スクリュロータ402が回転を停止して吐出側におけるロータ室内の圧力が低下すると,第1シール空間464に給油された潤滑油がロータ室内に入り込むおそれがある。 Furthermore, in order for the lip seal 463 to be applicable to sealing a high-speed rotating shaft, it is essential to supply oil to the first seal space 464. Therefore, when the screw rotor 402 stops rotating and the pressure in the rotor chamber on the discharge side drops, there is a risk that the lubricating oil supplied to the first seal space 464 will enter the rotor chamber.

そのため特許文献2に記載の軸封装置460は,例えば被圧縮気体を潤滑油と共に圧縮する油冷式のスクリュ圧縮機の軸封装置として採用することは可能であっても,油分を含まない圧縮気体を得るために無給油で被圧縮気体の圧縮を行う無給油式スクリュ圧縮機の軸封装置としては使用できない等,その用途が制限される。 For this reason, although the shaft seal device 460 described in Patent Document 2 can be used as a shaft seal device for an oil-cooled screw compressor that compresses the compressed gas together with lubricating oil, its applications are limited, such as not being able to be used as a shaft seal device for an oil-free screw compressor that compresses the compressed gas without oil in order to obtain compressed gas that does not contain oil.

このように,非接触式シールのみで構成された軸封装置は,高速回転軸の軸封に使用できるという長所を有するが,接触式シールを備えた軸封装置に比較して漏洩防止性能が低く,かつ,動圧型の非接触式シールを採用して漏洩防止性能の向上を図ったとしても低速回転時,特に回転停止時における漏洩防止を図ることが困難である。 As described above, a shaft seal device consisting only of a non-contact seal has the advantage that it can be used to seal a high-speed rotating shaft, but it has lower leakage prevention performance compared to a shaft seal device equipped with a contact seal, and even if an attempt is made to improve leakage prevention performance by adopting a dynamic pressure type non-contact seal, it is difficult to prevent leakage during low-speed rotation, especially when the rotation is stopped.

一方,非接触式シールに代えて,又は,非接触式シールと共に,接触式シールを設けた軸封装置では,漏洩防止性能を向上させることが可能で,回転軸の停止時においても軸封部の密封が可能であるが,高速で回転する回転軸の軸封に使用することができず,又は,このような高速回転する回転軸の軸封に適用しようとした場合,擦接部に対する給油が必要となる等,構造が複雑となると共に,無給油型のスクリュ圧縮機の軸封装置として使用できない等,その用途が制約される。 On the other hand, a shaft seal device that uses a contact seal instead of or in addition to a non-contact seal can improve leakage prevention performance and can seal the shaft seal even when the rotating shaft is stopped, but it cannot be used to seal a rotating shaft that rotates at high speeds, or if it is used to seal such a rotating shaft that rotates at high speeds, the structure becomes complicated, as it requires oiling the friction parts, and its uses are restricted, as it cannot be used as a shaft seal device for oil-free screw compressors.

そこで本発明は,上記従来技術における欠点を解消するために成されたものであり,高速回転軸の軸封に使用できるものでありながら,低速回転時や回転停止時においても高い密閉性を発揮することができる軸封装置を提供することを目的とする。 The present invention was made to eliminate the drawbacks of the above-mentioned conventional technology, and aims to provide a shaft seal device that can be used to seal a high-speed rotating shaft, while still providing high sealing performance even during low-speed rotation or when the rotation is stopped.

以下に,課題を解決するための手段を,発明を実施するための形態で使用する符号と共に記載する。この符号は,特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態の記載との対応を明らかにするために記載したものであり,言うまでもなく,本発明の技術的範囲の解釈に制限的に用いられるものではない。 Below, the means for solving the problem are described together with the reference symbols used in the description of the embodiment of the invention. These reference symbols are described to clarify the correspondence between the description of the claims and the description of the embodiment of the invention, and needless to say, are not used in a restrictive manner in interpreting the technical scope of the present invention.

上記目的を達成するために,本発明の軸封装置60は,
ケーシング10に形成された軸孔61と,該軸孔61に挿入された回転軸20を備えた機器の前記軸孔61の内周面と前記回転軸20の外周面間の間隔を封止する軸封装置60において,
前記軸孔61内に前記回転軸20と同心のシリンダ62を形成し,該シリンダ62の一端を,前記回転軸20の回転速度の変化に伴い内部圧力が変化する前記ケーシング10内の空間である変圧空間15に連通し,
中央に前記回転軸20が微小間隔δを介して挿入される開口64を備えた円筒状のピストンを前記シリンダ62内に挿入して,前記回転軸20が所定の回転速度を越えているときの前記変圧空間15内の圧力に対応した移動位置である第1移動位置と,前記回転軸が前記所定の回転速度以下であるときの前記変圧空間15内の圧力に対応した移動位置である第2移動位置間を前記回転軸20の軸線方向に移動可能とし,かつ
前記第2移動位置において前記ピストン63の一方の端面63aと所定の間隔Sを介して近接対峙する段差部22aを前記回転軸20に形成すると共に,前記ピストン63の前記一方の端面63a,及び/又は,前記段差部22aのいずれか一方又は双方に,前記回転軸20の外周を囲む無端環状のシール材66を取り付け,さらに,
前記ピストン63が前記第2移動位置にあるときに前記シール部材66が前記ピストン63の前記一方の端面63aと前記段差部22a間の前記間隔Sを接触状態でシールする接触シール部69を形成すると共に,
前記ピストン63の前記第1移動位置への移動時,前記ピストン63の前記一方の端面63aと前記段差部22a間のシールが解除されて前記ピストン63の内周面と前記回転軸20の外周間の前記微小隙間δによって形成される非接触シール部68によるシールを行うことを特徴とする(請求項1)。
In order to achieve the above object, the shaft seal device 60 of the present invention comprises:
A shaft seal device 60 for sealing a gap between an inner peripheral surface of the shaft hole 61 and an outer peripheral surface of the rotating shaft 20 of an apparatus having a shaft hole 61 formed in a casing 10 and a rotating shaft 20 inserted into the shaft hole 61,
A cylinder 62 is formed concentrically with the rotating shaft 20 within the shaft hole 61, and one end of the cylinder 62 is connected to a variable pressure space 15, which is a space within the casing 10 in which the internal pressure changes with the change in the rotation speed of the rotating shaft 20.
A cylindrical piston having an opening 64 at the center through which the rotating shaft 20 is inserted with a small gap δ is inserted into the cylinder 62, and the rotating shaft 20 is movable in the axial direction between a first movement position which is a movement position corresponding to the pressure in the pressure change space 15 when the rotating shaft 20 exceeds a predetermined rotation speed, and a second movement position which is a movement position corresponding to the pressure in the pressure change space 15 when the rotating shaft is at or below the predetermined rotation speed; a stepped portion 22a is formed on the rotating shaft 20 so as to closely face one end face 63a of the piston 63 with a predetermined gap S therebetween, and an endless annular sealing material 66 is attached to either one or both of the one end face 63a and/or the stepped portion 22a of the piston 63 and surrounding the outer periphery of the rotating shaft 20;
When the piston 63 is in the second moving position, the seal member 66 forms a contact seal portion 69 that seals the space S between the one end face 63 a of the piston 63 and the step portion 22 a in a contact state,
When the piston 63 moves to the first moving position, the seal between the one end face 63a of the piston 63 and the step portion 22a is released and sealing is performed by the non-contact seal portion 68 formed by the minute gap δ between the inner surface of the piston 63 and the outer periphery of the rotating shaft 20 (claim 1).

上記構成の軸封装置60には,前記ピストン63を前記第1移動位置又は前記第2移動位置に付勢するスプリング等の付勢手段70を設けるものとしても良い(請求項2)。 The shaft seal device 60 configured as above may be provided with a biasing means 70 such as a spring that biases the piston 63 to the first movement position or the second movement position (Claim 2).

前記第1移動位置にある前記ピストン63の内周面と対向する部分の前記回転軸20の外周面には螺旋溝22bを設けることが好ましい(請求項3)。 It is preferable to provide a spiral groove 22b on the outer peripheral surface of the rotating shaft 20 in a portion facing the inner peripheral surface of the piston 63 in the first moving position (claim 3).

この場合,前記回転軸20を回転軸本体21と,該回転軸本体21に外嵌したカラー22を備えた構成とし,該カラー22に前記段差部22aと前記螺旋溝22bを形成することが好ましい(請求項4)。 In this case, it is preferable that the rotating shaft 20 is configured to have a rotating shaft body 21 and a collar 22 fitted onto the rotating shaft body 21, and that the step portion 22a and the spiral groove 22b are formed on the collar 22 (claim 4).

更に,上記構成の軸封装置60には,前記第2移動位置で前記ピストン63の前記一方の端面63aの外周側の部分63a’と突合するストッパ部90を設けることができる(請求項5)。 Furthermore, the shaft seal device 60 configured as described above can be provided with a stopper portion 90 that abuts against the outer peripheral portion 63a' of the one end face 63a of the piston 63 in the second movement position (claim 5).

以上で説明した本発明の軸封装置60では,回転軸20の回転速度が所定の回転速度を超えている状態では,ピストン63が第1移動位置に移動してピストン63の一方の端面63aと段差部22aとが離間してシール材66によるシールが解除されると共に,ピストン63の内周面と回転軸の外周面間に形成された微小隙間δによって形成された非接触シール部68のみによるシールが行われる。 In the shaft seal device 60 of the present invention described above, when the rotation speed of the rotating shaft 20 exceeds a predetermined rotation speed, the piston 63 moves to the first moving position, one end face 63a of the piston 63 separates from the step portion 22a, and the seal provided by the sealing material 66 is released, and sealing is performed only by the non-contact seal portion 68 formed by the minute gap δ formed between the inner surface of the piston 63 and the outer surface of the rotating shaft.

一方,回転軸20の回転速度が所定の回転速度以下(回転の停止及び逆転を含む)の状態では,ピストン63が第2移動位置に移動してピストン63の一方の端面63aと段差部22aが近接配置されると共に,ピストン63の一方の端面63aと段差部22a間の間隔がシール材66によってシールされて接触シール部69が形成される。 On the other hand, when the rotation speed of the rotating shaft 20 is below a predetermined rotation speed (including stopping and reversing the rotation), the piston 63 moves to the second movement position, one end face 63a of the piston 63 is positioned close to the step portion 22a, and the gap between one end face 63a of the piston 63 and the step portion 22a is sealed by the sealing material 66, forming a contact seal portion 69.

その結果,本発明の軸封装置60では,回転軸20が所定の回転速度を超えた状態,従って高速で回転している状態では非接触シール部68によるシールのみが行われ,シール材66によるシールが行われないことから,高速回転軸の軸封に使用した場合であってもシール材66の焼けや摩耗といった問題が生じない一方,回転軸20の回転速度が所定の回転速度以下(停止及び逆転を含む)になると,シール材66によってピストン63の一方の端面63aと段差部22a間の間隔が封止されて形成される接触シール部69によってシールが行われることで,非接触シール部68によっては得ることのできない高い密封性を実現することができた。 As a result, in the shaft seal device 60 of the present invention, when the rotating shaft 20 exceeds a predetermined rotation speed, i.e. when it is rotating at high speed, only the non-contact seal portion 68 seals, and the seal material 66 does not seal. Therefore, even when used to seal a high-speed rotating shaft, problems such as burning or wear of the seal material 66 do not occur. On the other hand, when the rotation speed of the rotating shaft 20 falls below a predetermined rotation speed (including stopping and reverse rotation), the seal material 66 seals the gap between one end face 63a of the piston 63 and the step portion 22a, forming a contact seal portion 69, which is formed by sealing the gap between the end face 63a of the piston 63 and the step portion 22a, thereby achieving a high level of sealing that cannot be achieved by the non-contact seal portion 68.

このように本発明によれば,非接触式シールと接触式シールのそれぞれの長所をいずれも残しつつ,両シールが持つ短所が取り除かれた,画期的な軸封装置60を提供することができた。 In this way, the present invention has been able to provide an innovative shaft seal device 60 that retains the advantages of both non-contact and contact seals while eliminating the disadvantages of both seals.

前記第1移動位置にある前記ピストン63の内周面と対向する部分の前記回転軸20の外周に螺旋溝22bを形成した構成では,回転軸20の回転に伴う動圧の発生により回転軸20の回転時における非接触シール部68のシール性を向上させることができた。 In a configuration in which a spiral groove 22b is formed on the outer periphery of the rotating shaft 20 in a portion facing the inner periphery of the piston 63 in the first moving position, the generation of dynamic pressure accompanying the rotation of the rotating shaft 20 can improve the sealing performance of the non-contact seal portion 68 when the rotating shaft 20 rotates.

前記回転軸20を回転軸本体21と該回転軸本体21に外嵌したカラー22を備えた構成とし,該カラー22に前記段差部22aと前記螺旋溝22bを形成した構成では,例えばゴミの噛み込みにより螺旋溝22bに傷が入って非接触シール部68のシール性能が低下した場合や,段差部22aの摩耗等(段差部22a側にシール材66を設けている場合にはシール材66の摩耗等)によって接触シール部69の密封性が低下した場合等であっても,回転軸20全体を交換することなくカラー22部分のみを交換するだけで破損や摩耗が生じる前の状態に比較的簡単に回復させることができた。 The rotating shaft 20 is configured to include a rotating shaft body 21 and a collar 22 fitted onto the rotating shaft body 21, and the collar 22 is formed with the step portion 22a and the spiral groove 22b. Even if the spiral groove 22b is scratched by dirt getting caught and the sealing performance of the non-contact seal portion 68 is reduced, or if the sealing performance of the contact seal portion 69 is reduced due to wear of the step portion 22a (wear of the seal material 66 if a seal material 66 is provided on the step portion 22a side), it is possible to relatively easily restore the condition before the damage or wear occurred by simply replacing the collar 22 portion without replacing the entire rotating shaft 20.

前記第2移動位置で前記ピストン63の前記一方の端面63aの外周側の部分63a’と突合するストッパ部90を設けてピストン63の移動を規制したことで,第2移動位置にある前記ピストン63の前記一方の端面63aと前記段差部22a間に形成される間隔Sが常に一定となり,シール材66の段差部22a(段差部22a側にシール材66を設けた場合にはピストン63の一方の端面63a)に対する押し付け量を一定にすることができた。 By providing a stopper portion 90 that abuts against the outer peripheral portion 63a' of the one end face 63a of the piston 63 in the second movement position to restrict the movement of the piston 63, the gap S formed between the one end face 63a of the piston 63 in the second movement position and the step portion 22a is always constant, and the amount of pressure applied by the seal material 66 against the step portion 22a (the one end face 63a of the piston 63 when the seal material 66 is provided on the step portion 22a side) can be made constant.

これにより,シール材66が過度に押し付けられることを防止することができ,シール材66を劣化させ難い構造とすることができた。 This prevents the sealing material 66 from being pressed down too hard, making the structure less susceptible to deterioration.

また,このようにピストン63の一方の端面63aと段差部22a間の間隔Sが一定に維持されることで,該部分をシールするシール材66として,比較的強度が低いが回転軸20の表面に対する追従性が高く密閉性が高い,リップシールを採用した場合であっても破損等を生じ難くすることができた。 In addition, by maintaining a constant distance S between one end face 63a of the piston 63 and the step portion 22a in this manner, it is possible to reduce the likelihood of damage, etc., even when a lip seal, which has a relatively low strength but high conformability to the surface of the rotating shaft 20 and high sealing performance, is used as the sealing material 66 that seals that portion.

本発明の軸封装置を備えたスクリュ圧縮機の断面図。1 is a cross-sectional view of a screw compressor equipped with a shaft sealing device of the present invention. 図1のスクリュ圧縮機における軸封装置部分の拡大図。FIG. 2 is an enlarged view of a shaft seal device portion in the screw compressor of FIG. 1 . 図2の軸封装置の上側部分の拡大図であり,(A)はピストンが第1移動位置にある状態,(B)はピストンが第2移動位置にある状態。3A is an enlarged view of the upper portion of the shaft seal device of FIG. 2, in which (A) shows a state in which the piston is in a first movement position, and (B) shows a state in which the piston is in a second movement position. 変形例(回転軸に直接,螺旋溝と段差部を形成した例)における軸封装置の上側部分の拡大図であり,(A)はピストンが第1移動位置にある状態,(B)はピストンが第2移動位置にある状態。1A is an enlarged view of the upper part of a shaft sealing device in a modified example (an example in which a spiral groove and a step portion are formed directly on the rotating shaft), where (A) shows the piston in a first moving position, and (B) shows the piston in a second moving position. 変形例(変圧空間内に発生する負圧を利用してピストンを作動させるようにした例)における軸封装置の上側部分の拡大図であり,(A)はピストンが第2移動位置にある状態,(B)はピストンが第1移動位置にある状態。1A and 1B are enlarged views of the upper part of a shaft seal device in a modified example (an example in which the piston is operated by utilizing the negative pressure generated in the variable pressure space), in which (A) shows the piston in the second movement position, and (B) shows the piston in the first movement position. 変形例(軸封装置をスクリュ圧縮機の吐出側の軸封に使用した例)における軸封装置の上側部分の拡大図であり,(A)はピストンが第2移動位置にある状態,(B)はピストンが第1移動位置にある状態。1A and 1B are enlarged views of the upper part of a shaft sealing device in a modified example (an example in which the shaft sealing device is used to seal the discharge side of a screw compressor), in which (A) shows the piston in a second movement position, and (B) shows the piston in a first movement position. 変形例(ピストンの一方の端面の外周側の部分と突合するストッパ部を設けた構成)における軸封装置の上側部分の拡大図であり,(A)はピストンが第1移動位置にある状態,(B)はピストンが第2移動位置にある状態。1A and 1B are enlarged views of the upper portion of a shaft seal device in a modified example (a configuration in which a stopper portion is provided that abuts against the outer peripheral portion of one end face of the piston), in which (A) shows the piston in a first moving position, and (B) shows the piston in a second moving position. 変形例(ストッパ部の変形例)における軸封装置の上側部分の拡大図であり,(A)はピストンが第1移動位置にある状態,(B)はピストンが第2移動位置にある状態。11A and 11B are enlarged views of the upper portion of a shaft sealing device in a modified example (modified example of a stopper portion), in which (A) shows the piston in a first movement position, and (B) shows the piston in a second movement position. 従来の軸封装置の説明図(特許文献1の図1に対応)。FIG. 1 is an explanatory diagram of a conventional shaft seal device (corresponding to FIG. 1 of Patent Document 1). 従来の軸封装置の説明図(特許文献2の図2に対応)。FIG. 2 is an explanatory diagram of a conventional shaft seal device (corresponding to FIG. 2 of Patent Document 2).

以下に,本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings.

なお,以下に記載する実施形態では本発明の軸封装置60をスクリュ圧縮機1の軸封に使用する場合を例に挙げて説明するが,本発明の軸封装置60の適用対象はスクリュ圧縮機1に限定されず,回転軸の回転速度の変化に応じて内部圧力が変化する空間(変圧空間)をケーシング内に備えた機器であれば,既知の各種の機器に対し適用可能である。 In the embodiment described below, the shaft seal device 60 of the present invention is used to seal the shaft of a screw compressor 1, but the application of the shaft seal device 60 of the present invention is not limited to the screw compressor 1, and it can be applied to various known devices as long as the device has a space (variable pressure space) in the casing where the internal pressure changes in response to changes in the rotational speed of the rotating shaft.

〔スクリュ圧縮機の全体構成〕
図1に,本発明の軸封装置60を備えたスクリュ圧縮機1の全体構成を示す。
[Overall configuration of screw compressor]
FIG. 1 shows the overall configuration of a screw compressor 1 equipped with a shaft sealing device 60 of the present invention.

このスクリュ圧縮機1のケーシング10は,ロータケーシング11と,このロータケーシング11の吸入側端部に設けられた吸入側ケーシング13と,前記ロータケーシング11の吐出側端部に取り付けた吐出側ケーシング12によって構成されており,このうちのロータケーシング11内に形成されたロータ室113内にオス・メス一対のスクリュロータ2,3が噛み合い回転可能に収容されている。 The casing 10 of this screw compressor 1 is composed of a rotor casing 11, a suction side casing 13 provided at the suction side end of the rotor casing 11, and a discharge side casing 12 attached to the discharge side end of the rotor casing 11. A pair of male and female screw rotors 2, 3 are housed in a rotor chamber 113 formed in the rotor casing 11 so that they can mesh and rotate.

ロータケーシング11は,吐出側端部においてロータ室113を開放する筒状に形成されていると共に,吸入側端部にはスクリュロータ2,3の吸入側ロータ軸2b,3bを収容する軸孔が形成され,この軸孔内に形成された軸受室内に軸受を収容し,この軸受によりオス,メス各スクリュロータ2,3の吸入側ロータ軸2b,3bを支承させている。 The rotor casing 11 is formed in a cylindrical shape that opens the rotor chamber 113 at the discharge end, and has an axial hole formed at the suction end to accommodate the suction side rotor shafts 2b, 3b of the screw rotors 2, 3. A bearing is housed in the bearing chamber formed in this axial hole, and this bearing supports the suction side rotor shafts 2b, 3b of the male and female screw rotors 2, 3.

ロータケーシング11の吸入側端部に設けられた吸入側ケーシング13内にはギヤ室131が形成されており,このギヤ室131内には,オス,メスいずれかのスクリュロータ2,3に対してモータ50からの回転駆動力を増速して入力する増速装置30が収容されている。 A gear chamber 131 is formed in the suction side casing 13 provided at the suction side end of the rotor casing 11, and this gear chamber 131 houses a speed increasing device 30 that increases the rotational driving force from the motor 50 and inputs it to either the male or female screw rotor 2, 3.

この増速装置30は,一例としていずれか一方のスクリュロータ2又は3の吸入側ロータ軸(図示の実施形態にあってはオスロータ2の吸入側ロータ軸2b)に取り付けた従動歯車31と,この従動歯車31よりも大径の駆動歯車32によって構成されており,モータ50の出力軸51の先端を吸入側ケーシング13に設けた軸孔61を貫通してギヤ室131内に挿入すると共に,このモータ50の出力軸51の先端に前述の駆動歯車32を取り付けることにより,モータ50の出力軸51を介して入力された回転駆動力が増速されてオスロータ2の吸入側ロータ軸2bに伝達され,スクリュロータ2,3を増速回転させることができるように構成されている。 This speed increasing device 30 is, for example, composed of a driven gear 31 attached to the suction side rotor shaft of one of the screw rotors 2 or 3 (in the illustrated embodiment, the suction side rotor shaft 2b of the male rotor 2) and a driving gear 32 with a larger diameter than the driven gear 31. The tip of the output shaft 51 of the motor 50 is inserted into the gear chamber 131 through the shaft hole 61 provided in the suction side casing 13, and the aforementioned driving gear 32 is attached to the tip of the output shaft 51 of the motor 50. The rotational driving force input via the output shaft 51 of the motor 50 is accelerated and transmitted to the suction side rotor shaft 2b of the male rotor 2, and the screw rotors 2 and 3 can be rotated at an accelerated speed.

ロータケーシング11の吐出側端部は,オスロータ2及びメスロータ3の吐出側ロータ軸2a,3aを収容する軸孔を備えた吐出側ケーシング12で覆われており,スクリュロータ2,3の吐出側ロータ軸2a,3aを,前記吐出側ケーシング12の軸孔内に形成された軸受室内に収容された軸受で支承している。 The discharge side end of the rotor casing 11 is covered by a discharge side casing 12 that has an axial hole that accommodates the discharge side rotor shafts 2a, 3a of the male rotor 2 and female rotor 3, and the discharge side rotor shafts 2a, 3a of the screw rotors 2, 3 are supported by bearings housed in a bearing chamber formed in the axial hole of the discharge side casing 12.

なお,ロータケーシング11には吸気口(図示せず)と,この吸気口に連通する吸入空間117が形成されており,吸気口(図示せず)を介してロータ室113の吸入空間117内に導入された被圧縮気体が,オス・メス一対のスクリュロータ2,3とロータ室113の内壁によって画成される圧縮作用空間内に導入されて圧縮され,ロータケーシング11の吐出側端部に設けられた吐出口(図示せず)を介して機外に吐出されるように構成されている。 The rotor casing 11 is formed with an intake port (not shown) and an intake space 117 that communicates with the intake port. The compressed gas introduced into the intake space 117 of the rotor chamber 113 through the intake port (not shown) is introduced into the compression action space defined by the pair of male and female screw rotors 2, 3 and the inner wall of the rotor chamber 113, where it is compressed, and is then discharged outside the machine through a discharge port (not shown) provided at the discharge end of the rotor casing 11.

〔軸封装置〕
以上のように構成されたスクリュ圧縮機1の吸入側ケーシング13には,図2及び図3に示すようにモータ50の出力軸51によって貫通される軸孔61が形成されていると共に,この軸孔61の内周面と出力軸51の外周間の間隔を,本発明の軸封装置60によって封止している。
[Shaft seal device]
The suction side casing 13 of the screw compressor 1 constructed as described above has a shaft hole 61 that is penetrated by the output shaft 51 of the motor 50, as shown in Figures 2 and 3, and the gap between the inner surface of this shaft hole 61 and the outer periphery of the output shaft 51 is sealed by the shaft seal device 60 of the present invention.

従って,図1~図3に示す実施形態では,モータ50の出力軸51が本発明の軸封装置60で封止対象とする回転軸20となる。 Therefore, in the embodiment shown in Figures 1 to 3, the output shaft 51 of the motor 50 is the rotating shaft 20 to be sealed by the shaft seal device 60 of the present invention.

本発明の軸封装置60において,前述の軸孔61内には回転軸20であるモータ50の出力軸51と同心を成すシリンダ62が形成されており,このシリンダ62の一端は吸入側ケーシング13内に形成されたギヤ室131に連通されていると共に,他端はケーシング外の空間と連通されている。 In the shaft seal device 60 of the present invention, a cylinder 62 is formed in the aforementioned shaft hole 61, which is concentric with the output shaft 51 of the motor 50, which is the rotating shaft 20. One end of this cylinder 62 is connected to the gear chamber 131 formed in the suction side casing 13, and the other end is connected to the space outside the casing.

このシリンダ62の一端が連通されているギヤ室131は,ロータケーシング11内に形成された吸入空間117(図1参照)と連通することによりスクリュロータ2,3の回転時には大気圧に対し僅かに負圧となる一方,モータ50を停止してスクリュロータ2,3の回転を停止させると,圧縮中であった圧縮気体が膨張しながら吸入空間117に逆流する(この逆流の際にスクリュロータ2,3は僅かに逆転する場合がある)ことにより吸入空間117と連通するギヤ室131内の圧力も上昇するようになっており,図示の実施形態においてシリンダ62の一端と連通したギヤ室131は,回転軸20であるモータの出力軸51の回転速度が所定の回転速度(周速度0m/s)を超えている状態と,該回転速度以下(周速度0m/s又は負の回転速度である僅かに逆回転した状態)にあるときとで内部圧力が負圧の状態から大気圧以上の圧力へと上昇する変圧空間15となっている。 The gear chamber 131, to which one end of the cylinder 62 is connected, is in communication with the suction space 117 (see FIG. 1) formed in the rotor casing 11, and is therefore slightly negative relative to atmospheric pressure when the screw rotors 2 and 3 are rotating. On the other hand, when the motor 50 is stopped and the screw rotors 2 and 3 are stopped from rotating, the compressed gas that was being compressed expands and flows back into the suction space 117 (the screw rotors 2 and 3 may rotate slightly in the opposite direction during this backflow), causing the pressure in the gear chamber 131, which is in communication with the suction space 117, to rise. In the illustrated embodiment, the gear chamber 131, which is in communication with one end of the cylinder 62, is a pressure-changing space 15 in which the internal pressure rises from a negative pressure to a pressure above atmospheric pressure when the rotational speed of the motor output shaft 51, which is the rotating shaft 20, exceeds a predetermined rotational speed (circumferential speed 0 m/s) and when it is below that rotational speed (circumferential speed 0 m/s or a state in which it rotates slightly in the opposite direction, which is a negative rotational speed).

このように,変圧空間15であるギヤ室131に一端が連通されたシリンダ62内には,図2及び図3に示すように回転軸20の軸線方向に進退移動する円筒状のピストン63がシリンダ62内に回転しないように収容されている。 In this way, a cylindrical piston 63 that moves back and forth in the axial direction of the rotating shaft 20 is housed in the cylinder 62, one end of which is connected to the gear chamber 131, which is the pressure change space 15, so as not to rotate within the cylinder 62, as shown in Figures 2 and 3.

このピストン63の中央には,回転軸20の外径に対し僅かに大径に形成された開口64が形成されており,この開口64内に回転軸20を挿入した状態でシリンダ62内に収容することにより,ピストン63の開口64の内周面と回転軸20の外周間には,回転軸20の回転を許容する上で必要な微小間隔δが形成されるように構成されている。 In the center of this piston 63, an opening 64 is formed with a diameter slightly larger than the outer diameter of the rotating shaft 20. By inserting the rotating shaft 20 into this opening 64 and storing it in the cylinder 62, a minute gap δ is formed between the inner surface of the opening 64 of the piston 63 and the outer periphery of the rotating shaft 20, which is necessary to allow the rotating shaft 20 to rotate.

また,ピストン63の外周面とシリンダ62の内周面間の隙間は,該隙間を介して流体が漏出することがないようOリング65によってシールされている。 The gap between the outer circumferential surface of the piston 63 and the inner circumferential surface of the cylinder 62 is sealed by an O-ring 65 to prevent fluid from leaking through the gap.

回転軸20のうち軸孔61内に位置する部分には,該部分の回転軸20の外径を変化させることにより形成された段差部22aが設けられていると共に,この段差部22aと対向するピストン63の一方の端面63aには,回転軸20の外周を囲むように無端環状のシール材66が取り付けられている。 The portion of the rotating shaft 20 located inside the shaft hole 61 has a step 22a formed by changing the outer diameter of the rotating shaft 20 at that portion, and an endless ring-shaped seal material 66 is attached to one end face 63a of the piston 63 that faces this step 22a so as to surround the outer periphery of the rotating shaft 20.

なお,図示の実施形態では,このシール材66をピストン63の一方の端面63aに取り付けた構成を示したが,これとは逆に,段差部22a側にシール材66を取り付けるものとしても良く,又は,ピストン63の一方の端面63aと段差部22aの双方にシール材66を取り付ける構成を採用するものとしても良い。 In the illustrated embodiment, the seal 66 is attached to one end surface 63a of the piston 63, but the seal 66 may be attached to the step portion 22a side instead, or the seal 66 may be attached to both one end surface 63a of the piston 63 and the step portion 22a.

このシール材66としては,合成ゴム等の弾性材料からなる既知の各種のシール材を採用可能であり,図示の例に限定されずリップシール等を採用することもできる。また,軸封装置60の用途によっては金属製のシール材を使用するものとしても良い。 The seal material 66 can be any of a variety of known seal materials made of elastic materials such as synthetic rubber, and is not limited to the example shown in the figure. Lip seals and other seal materials can also be used. Depending on the application of the shaft seal device 60, a metal seal material may also be used.

シリンダ62内においてピストン63は,回転軸20(出力軸51)が所定の回転速度を超える回転状態にあるときの変圧空間15(ギヤ室131)内の圧力に対応した移動位置である所定の第1移動位置と,所定の回転速度以下の状態にあるときの変圧空間15(ギヤ室131)内の圧力に対応した移動位置である所定の第2移動位置間を移動可能に構成されており,図示の実施形態では,ギヤ室131側の軸孔61の端部の外周部分を覆う軸孔カバー67を設け,この軸孔カバー67にピストン63の他方の端面63bが突合した図3(A)に示す移動位置を第1移動位置として,ピストン63が第1移動位置にあるときにピストン63の一方の端面63aに設けたシール材66が回転軸20に設けた段差部22aより離間して非接触の状態となり,ピストン63の内周面と回転軸20の外周面間に形成された微小間隔δによって形成される非接触シール部68のみでシールが行われるようにした。 In the cylinder 62, the piston 63 is configured to be movable between a predetermined first movement position, which is a movement position corresponding to the pressure in the pressure change space 15 (gear chamber 131) when the rotating shaft 20 (output shaft 51) is in a rotational state exceeding a predetermined rotational speed, and a predetermined second movement position, which is a movement position corresponding to the pressure in the pressure change space 15 (gear chamber 131) when the rotating shaft 20 (output shaft 51) is in a state of being equal to or lower than the predetermined rotational speed. In the illustrated embodiment, a shaft hole cover 67 is provided to cover the outer peripheral portion of the end of the shaft hole 61 on the gear chamber 131 side, and the movement position shown in FIG. 3(A) where the other end face 63b of the piston 63 abuts against this shaft hole cover 67 is set as the first movement position. When the piston 63 is in the first movement position, the seal material 66 provided on one end face 63a of the piston 63 is separated from the step portion 22a provided on the rotating shaft 20 and is in a non-contact state, and sealing is performed only by the non-contact seal portion 68 formed by the minute gap δ formed between the inner peripheral surface of the piston 63 and the outer peripheral surface of the rotating shaft 20.

本実施形態では,この非接触シール部68のシール性を向上させるために,回転軸20の外周面のうち,少なくとも第1移動位置にあるピストン63の内周面と対向する部分に螺旋溝22bを形成し,回転軸20の回転により非接触シール部68の微小間隔δにギヤ室131側へ向かう流体の流れが生じるようにしているが,このような螺旋溝22bは必ずしも設けなくても良く,又は,螺旋溝22bに代えてラビリンス溝(図示せず)を形成するものとしても良い。 In this embodiment, in order to improve the sealing performance of the non-contact seal portion 68, a spiral groove 22b is formed on the outer peripheral surface of the rotating shaft 20 at least in the portion facing the inner peripheral surface of the piston 63 in the first moving position, and a flow of fluid toward the gear chamber 131 is generated in the small gap δ of the non-contact seal portion 68 by the rotation of the rotating shaft 20. However, such a spiral groove 22b is not necessarily provided, or a labyrinth groove (not shown) may be formed instead of the spiral groove 22b.

また,これらの螺旋溝22bやラビリンス溝(図示せず)は,ピストン63の内周面側に形成するものとしても良い。 In addition, these spiral grooves 22b and labyrinth grooves (not shown) may be formed on the inner surface of the piston 63.

一方,図3(B)に示すように,ピストン63の一方の端面63aに設けたシール材66が段差部22aと突合して,ピストン63の一方の端面63aと段差部22a間の間隔Sがシール材66によって封止された状態にある移動位置を,第2移動位置と成すと共に,ピストン63の第2移動位置への移動により,ピストン63の一方の端面63aと段差部22a間の間隔Sがシール材66で塞がれて接触シール部69が形成される。 On the other hand, as shown in FIG. 3(B), the seal material 66 provided on one end face 63a of the piston 63 abuts against the step portion 22a, and the movement position in which the gap S between one end face 63a of the piston 63 and the step portion 22a is sealed by the seal material 66 is defined as the second movement position, and by the movement of the piston 63 to the second movement position, the gap S between one end face 63a of the piston 63 and the step portion 22a is blocked by the seal material 66, forming a contact seal portion 69.

なお,本実施形態では図3に示すように前述の回転軸20を,回転軸本体21と該回転軸本体21に外嵌されたカラー22を備えた構造とし,このカラー22に前述した螺旋溝22bや段差部22aを形成する構成を採用したが,この構成に代えて,図4に示すように回転軸20を,カラーを備えていない一体構成のものとして形成し,この回転軸20に直接,螺旋溝22bや段差部22aを設けるようにしても良い。 In this embodiment, as shown in FIG. 3, the rotating shaft 20 is structured to include a rotating shaft body 21 and a collar 22 fitted onto the rotating shaft body 21, and the collar 22 is formed with the spiral groove 22b and step portion 22a. However, instead of this structure, as shown in FIG. 4, the rotating shaft 20 may be formed as an integral structure without a collar, and the spiral groove 22b and step portion 22a may be provided directly on the rotating shaft 20.

もっとも,図3に示したように螺旋溝22bや段差部22aを回転軸本体21に外嵌したカラー22に設けた構成では,例えばゴミの噛み込みによって螺旋溝22bが破損した場合や,段差部22aが傷付いてシール材66を密着させることができなくなる等してシール性が低下した場合であっても,回転軸20の全体を交換することなくカラー22の部分のみを交換することで対処することができる点で経済的である。 However, in the configuration shown in FIG. 3, in which the spiral groove 22b and the step portion 22a are provided on the collar 22 fitted onto the rotating shaft body 21, even if the spiral groove 22b is damaged by dirt getting caught in it, or if the step portion 22a is damaged and the sealing material 66 cannot be brought into close contact, reducing the sealing performance, it is economical to deal with this by replacing only the collar 22 without replacing the entire rotating shaft 20.

また,変圧空間15であるギヤ室131からの潤滑油の漏出防止を目的として軸封装置60を設けた図1~図3に記載の構成では,カラー22に対し機外側の回転軸本体21の外周にスペーサ23を取り付けており,このスペーサ23の外周に環状の凹凸を設けることにより形成された油切り溝を設けている。 In addition, in the configuration shown in Figures 1 to 3, which is provided with a shaft seal device 60 to prevent leakage of lubricating oil from the gear chamber 131, which is the pressure change space 15, a spacer 23 is attached to the outer periphery of the rotating shaft body 21 on the machine outer side relative to the collar 22, and an oil cutter groove is provided by providing an annular irregularity on the outer periphery of this spacer 23.

もっとも,図4に示すようにこのようなスペーサ23や油切り溝についても必ずしも設けなくとも良い。 However, as shown in Figure 4, it is not necessary to provide such a spacer 23 or oil drain groove.

なお,図2~図4中の符号70は,ピストン63を付勢するための付勢手段として設けられたスプリングであり,この付勢手段70は,回転軸20の回転速度の変化に応じて変化する変圧空間15(ギヤ室131)内の圧力変化のみではピストン63を第1移動位置と第2移動位置間を進退移動させることができない場合にのみ設けるものとしても良い。 The reference numeral 70 in Figs. 2 to 4 denotes a spring provided as a biasing means for biasing the piston 63. This biasing means 70 may be provided only when the piston 63 cannot be moved back and forth between the first and second movement positions by the pressure change in the variable pressure space 15 (gear chamber 131) alone, which changes in response to the change in the rotational speed of the rotating shaft 20.

図3及び図4に示す実施形態の構成において,変圧空間15であるギヤ室131は回転軸20を回転させている状態では負圧となることで,この負圧による吸引によって付勢手段70を設けることなく回転軸20の回転時にはピストン63を図3(A)に示す第1移動位置に移動させることができると共に,回転軸20の回転を停止させた際には,圧縮中の被圧縮流体の逆流によってギヤ室131内の圧力が上昇することで,付勢手段70を設けることなく図3(B)に示した第2移動位置に移動させることができるが,ピストン63の動作をより安定的に行わせるべく,付勢手段70としてピストン63を第1移動位置に向けて付勢する圧縮スプリングを設けている。 In the configuration of the embodiment shown in Figures 3 and 4, the gear chamber 131, which is the pressure change space 15, becomes negative pressure when the rotating shaft 20 is rotating, and the piston 63 can be moved to the first movement position shown in Figure 3 (A) by suction caused by this negative pressure when the rotating shaft 20 is rotating without providing a biasing means 70. When the rotation of the rotating shaft 20 is stopped, the pressure in the gear chamber 131 increases due to the backflow of the compressed fluid during compression, so that the piston 63 can be moved to the second movement position shown in Figure 3 (B) without providing a biasing means 70. However, in order to make the operation of the piston 63 more stable, a compression spring is provided as the biasing means 70 to bias the piston 63 toward the first movement position.

もっとも,この付勢手段70による付勢方向は,後に詳述するように,変圧空間15における圧力変化や封止する流体の向き等に応じて適宜選択することにより,回転軸20の回転速度が所定の回転速度を越えたときにピストン63を第1移動位置に移動させ,所定の回転速度以下のときに第2移動位置に移動させることができるようにする。 However, as will be described in detail later, the biasing direction of the biasing means 70 can be appropriately selected according to the pressure change in the variable pressure space 15 and the direction of the fluid to be sealed, so that the piston 63 can be moved to the first movement position when the rotational speed of the rotating shaft 20 exceeds a predetermined rotational speed, and moved to the second movement position when the rotational speed is equal to or lower than the predetermined rotational speed.

〔作用等〕
図1に示す構成のスクリュ圧縮機1の吸入側ケーシング13に設けた軸孔61とモータ50の出力軸51である回転軸20間の間隔に設けられた本発明の軸封装置60(図1~図3参照)の動作を説明すると,下記の通りである。
[Action, etc.]
The operation of the shaft seal device 60 (see FIGS. 1 to 3) of the present invention, which is provided in the space between the shaft hole 61 provided in the suction side casing 13 of the screw compressor 1 having the configuration shown in FIG. 1 and the rotating shaft 20 which is the output shaft 51 of the motor 50, will be described as follows.

回転軸20であるモータ50の出力軸51が回転している状態,従って,ロータケーシング11内に収容されているスクリュロータ2,3が回転している状態では,該スクリュロータ2,3の噛み合い回転によって吸入空間117内が負圧となることで,この吸入空間117と連通するギヤ室131内の圧力も負圧となる。 When the output shaft 51 of the motor 50, which is the rotating shaft 20, is rotating, and therefore when the screw rotors 2 and 3 housed in the rotor casing 11 are rotating, the meshing rotation of the screw rotors 2 and 3 creates a negative pressure in the suction space 117, and the pressure in the gear chamber 131 that communicates with this suction space 117 also becomes negative.

吸入側ケーシング13の軸孔61内に形成されたシリンダ62は,一端を変圧空間15であるギヤ室131に連通されていると共に,他端を大気圧の空間である機外に連通させていることから,モータ50の出力軸(回転軸)51が回転している状態(所定の回転速度である周速度0m/sを越えている状態)では,ピストン63は,変圧空間15であるギヤ室131内の負圧による吸引(付勢手段70を設けている場合にはこれに加えて付勢手段70の付勢力)によって図3(A)に示す第1移動位置に移動した状態にあり,ピストン63の一方の端面63aと段差部22aとは離間しておりシール材66が段差部22aと接触していない状態となっている。 The cylinder 62 formed in the shaft hole 61 of the suction side casing 13 has one end connected to the gear chamber 131, which is the pressure change space 15, and the other end connected to the outside of the machine, which is a space at atmospheric pressure. Therefore, when the output shaft (rotating shaft) 51 of the motor 50 is rotating (a state in which the circumferential speed exceeds 0 m/s, which is a predetermined rotation speed), the piston 63 is in a state in which it has moved to the first moving position shown in FIG. 3(A) by suction due to the negative pressure in the gear chamber 131, which is the pressure change space 15 (and the biasing force of the biasing means 70, if a biasing means 70 is provided), and one end face 63a of the piston 63 and the step portion 22a are separated, and the seal material 66 is not in contact with the step portion 22a.

その結果,回転軸20の回転時には,軸封装置60による軸封はピストン63の内周面と回転軸20の外周面間に形成された微小間隔δによって形成された非接触シール部68のみによって行われ,シール材66は段差部22aとは非接触の状態となっていることから,回転軸20であるモータ50の出力軸51の回転速度を高速(一例として周速度で20m/s以上)とした場合であってもシール材66が焼けや摩耗により劣化することが防止されている。 As a result, when the rotating shaft 20 rotates, the shaft seal device 60 seals only the non-contact seal portion 68 formed by the minute gap δ between the inner circumferential surface of the piston 63 and the outer circumferential surface of the rotating shaft 20, and the seal material 66 is not in contact with the stepped portion 22a. This prevents the seal material 66 from deteriorating due to burning or wear, even when the rotation speed of the output shaft 51 of the motor 50, which is the rotating shaft 20, is high (for example, a peripheral speed of 20 m/s or more).

一方,モータ50を停止すると,スクリュロータ2,3が回転を停止すると共に圧縮作用空間内で圧縮過程にあった被圧縮気体が吸入空間117に向かって逆流を開始することで,吸入空間117及び該吸入空間117に連通したギヤ室131(変圧空間15)内の圧力が上昇する。 On the other hand, when the motor 50 is stopped, the screw rotors 2 and 3 stop rotating and the compressed gas that was in the process of being compressed in the compression space starts to flow back toward the suction space 117, causing the pressure in the suction space 117 and the gear chamber 131 (transformed pressure space 15) connected to the suction space 117 to rise.

なお,被圧縮気体の逆流によってスクリュロータ2,3は僅かに逆回転する場合があり,このようなスクリュロータ2,3の逆回転に伴い回転軸20であるモータ50の出力軸51も逆回転(負の回転速度)となる場合がある。 In addition, the screw rotors 2 and 3 may rotate slightly in the reverse direction due to the backflow of the compressed gas, and such reverse rotation of the screw rotors 2 and 3 may also cause the output shaft 51 of the motor 50, which is the rotating shaft 20, to rotate in the reverse direction (negative rotation speed).

このように,回転軸20であるモータ50の出力軸51の回転速度が所定の回転速度(周速度0m/s)以下になると,変圧空間15であるギヤ室131内の圧力上昇によって,シリンダ62内のピストン63は図3(B)に示す第2移動位置へと移動させる力が加わり,この力が付勢手段70による付勢力を越えると,ピストン63が第2移動位置に移動する。 In this way, when the rotation speed of the output shaft 51 of the motor 50, which is the rotating shaft 20, falls below a predetermined rotation speed (circumferential speed 0 m/s), the pressure in the gear chamber 131, which is the pressure change space 15, increases, and a force is applied to the piston 63 in the cylinder 62 to move it to the second movement position shown in Figure 3 (B). When this force exceeds the biasing force of the biasing means 70, the piston 63 moves to the second movement position.

この第2移動位置へとピストン63が移動することにより,ピストン63の一方の端面63aに設けたシール材66が段差部22aに押し当てられることにより,ピストン63の一方の端面63aと段差部22a間の間隔Sがシール材66によってシールされて接触シール部69が形成される。 When the piston 63 moves to this second movement position, the seal material 66 provided on one end face 63a of the piston 63 is pressed against the step portion 22a, and the gap S between the one end face 63a of the piston 63 and the step portion 22a is sealed by the seal material 66, forming a contact seal portion 69.

これにより,ピストン63の内周面と回転軸20(回転軸のカラー22)の外周間の微小隙間δを介してギヤ室131内の空気と共に漏出しようとする潤滑油の漏出を防止することが可能となる。 This makes it possible to prevent the leakage of lubricating oil that would otherwise leak out along with the air in the gear chamber 131 through the minute gap δ between the inner surface of the piston 63 and the outer periphery of the rotating shaft 20 (the rotating shaft collar 22).

このように,図1~図3に示した軸封装置60の構成では,回転軸20であるモータの出力軸51の回転時には非接触シール部68による封止が行われると共にシール材66が段差部22aから離間されることで高速回転軸の軸封に使用した場合であってもシール材66が摩擦熱や摩耗によって破損することを防止できる一方,回転軸20であるモータの出力軸51の回転が停止した時(停止後の僅かな逆転を含む)にはシール材66を段差部22aに押し当てることにより密封性の高いシールが行われることで,非接触シールと接触シールの双方の長所を併せ持った軸封装置60を得ることができた。 In this way, in the configuration of the shaft seal device 60 shown in Figures 1 to 3, when the output shaft 51 of the motor (rotating shaft 20) rotates, sealing is performed by the non-contact seal portion 68, and the seal material 66 is separated from the step portion 22a, so that even when used to seal a high-speed rotating shaft, the seal material 66 can be prevented from being damaged by frictional heat or wear. On the other hand, when the rotation of the output shaft 51 of the motor (rotating shaft 20) stops (including a slight reversal after stopping), the seal material 66 is pressed against the step portion 22a to perform a highly airtight seal, resulting in a shaft seal device 60 that combines the advantages of both a non-contact seal and a contact seal.

なお,図1~図4を参照して行った上記の説明では,本発明の軸封装置60を,スクリュ圧縮機1の吸入側に設けたギヤ室131内の潤滑油が,スクリュ圧縮機1の停止時に機外に漏出することを防止する目的で設けた構成例について説明したが,本発明の軸封装置60の用途はこれに限定されず,各種の変更が可能である。 In the above explanation given with reference to Figures 1 to 4, the shaft seal device 60 of the present invention is described as an example of a configuration in which the lubricating oil in the gear chamber 131 provided on the suction side of the screw compressor 1 is prevented from leaking outside the machine when the screw compressor 1 is stopped. However, the use of the shaft seal device 60 of the present invention is not limited to this, and various modifications are possible.

一例として,図5は,スクリュ圧縮機1のケーシングの吸入側端部にケーシング10の内外を貫通する軸孔61を設け,この軸孔61内に挿入されたオスロータのロータ軸2bの外周と軸孔61の内周間の間隔を本発明の軸封装置60で封止した例である。 As an example, FIG. 5 shows an example in which a shaft hole 61 is provided at the suction end of the casing of a screw compressor 1, penetrating the inside and outside of the casing 10, and the gap between the outer periphery of the rotor shaft 2b of the male rotor inserted into this shaft hole 61 and the inner periphery of the shaft hole 61 is sealed with the shaft seal device 60 of the present invention.

この例では,図5に示すように,本発明の軸封装置60を,軸孔61に設けた軸受80と吸入空間117との間に設け,軸受80に給油された潤滑油がロータ室113内に形成された吸入空間117に浸入することを防止している。 In this example, as shown in FIG. 5, the shaft seal device 60 of the present invention is provided between the bearing 80 provided in the shaft hole 61 and the suction space 117, preventing the lubricating oil supplied to the bearing 80 from entering the suction space 117 formed in the rotor chamber 113.

従って,図5に示す軸封装置60において,オスロータのロータ軸2bが封止対象とする回転軸20であり,シリンダ62の一端が連通された吸入空間117が,ピストン63に作動圧力を与える変圧空間15となる。 Therefore, in the shaft seal device 60 shown in Figure 5, the rotor shaft 2b of the male rotor is the rotating shaft 20 to be sealed, and the suction space 117 to which one end of the cylinder 62 is connected is the variable pressure space 15 that provides the operating pressure to the piston 63.

また,図5に示す実施形態では,ピストンを図5(A)に示す第2移動位置へと付勢する圧縮スプリングを付勢手段70として設けている。 In the embodiment shown in FIG. 5, a compression spring is provided as the biasing means 70 to bias the piston to the second movement position shown in FIG. 5(A).

このように,本発明の軸封装置60を図5に示す位置に設けることで,回転軸20であるロータ軸2bの回転が停止している状態,又は比較的低速の状態では変圧空間15である吸入空間117内の圧力は大気圧又は僅かな負圧であるため,付勢手段70の付勢力によってシール材66が段差部22aに押し当てられて接触シール部69によるシールが行われる。 In this way, by providing the shaft seal device 60 of the present invention in the position shown in FIG. 5, when the rotor shaft 2b (rotating shaft 20) is stopped or is rotating at a relatively low speed, the pressure in the suction space 117 (variable pressure space 15) is atmospheric pressure or a slight negative pressure, so that the force of the biasing means 70 presses the seal material 66 against the step portion 22a, and sealing is performed by the contact seal portion 69.

これに対し,回転軸20であるロータ軸2bの回転速度が上昇し,従ってスクリュロータの回転速度が上昇して変圧空間15である吸入空間117内の負圧が高まると,シリンダ63が図5(B)に示す第1移動位置に移動することで,シール材66が段差部22aより離間して接触シール部69におけるシールが解除されることで,シリンダ63の内周面と回転軸(ロータ軸2b)の外周面間に形成された微小間隔δに形成された非接触シール部68のみでのシールが行われる。 In contrast, when the rotation speed of the rotor shaft 2b (rotating shaft 20) increases, and therefore the rotation speed of the screw rotor increases and the negative pressure in the suction space 117 (pressure change space 15) increases, the cylinder 63 moves to the first movement position shown in FIG. 5(B), the seal material 66 moves away from the step portion 22a, and the seal at the contact seal portion 69 is released, and sealing is performed only by the non-contact seal portion 68 formed in the minute gap δ formed between the inner surface of the cylinder 63 and the outer surface of the rotating shaft (rotor shaft 2b).

これにより,回転軸20であるロータ軸2bを高速回転させた場合であっても,シール材66の熱や摩耗による劣化が防止される。 This prevents the seal material 66 from deteriorating due to heat or wear, even when the rotor shaft 2b, which is the rotating shaft 20, is rotated at high speed.

その後,回転軸20であるロータ軸2bの回転が停止してスクリュロータが回転を停止すると,圧縮中であった被圧縮気体の逆流によって吸入空間117(変圧空間)内の圧力が高まると,ピストン63が再度,図5(A)に示す第2移動位置に移動してピストン63の一方の端面63aと段差部22a間の間隔をシール材66で封止することにより接触シール部69によるシールが行われ,吸入空間117内の圧力上昇によって軸受80に給油された潤滑油がケーシング10外に噴き出すことも防止することができる。 After that, when the rotation of the rotor shaft 2b, which is the rotating shaft 20, stops and the screw rotor stops rotating, the pressure in the suction space 117 (pressure change space) increases due to the backflow of the compressed gas that was being compressed, and the piston 63 moves again to the second movement position shown in Figure 5 (A) and the gap between one end face 63a of the piston 63 and the step portion 22a is sealed with the sealing material 66, thereby sealing with the contact seal portion 69, and it is also possible to prevent the lubricating oil supplied to the bearing 80 from spraying out of the casing 10 due to the pressure increase in the suction space 117.

更に,以上で説明した実施形態では,第1移動位置側(紙面左側)のシリンダ62の端部を変圧空間15に連通させる構成について説明したが,この構成に代えて,図6に示すように,第2移動位置側(紙面右側)におけるシリンダ62の端部を一端として変圧空間15に連通させて使用するものとしても良い。 Furthermore, in the embodiment described above, the end of the cylinder 62 on the first moving position side (left side of the page) is connected to the pressure change space 15. However, instead of this configuration, as shown in FIG. 6, the end of the cylinder 62 on the second moving position side (right side of the page) may be used as one end connected to the pressure change space 15.

図6に示す実施形態は,一例としてスクリュ圧縮機のオスロータ2の吐出側ロータ軸2aを駆動軸とし,吐出側ケーシング12に貫通孔として設けた軸孔61内の軸受81とロータ室113間に本発明の軸封装置60を設けることで,軸孔61内に取り付けた軸受81に給油した潤滑油がロータ室113側に浸入することを防止した例である。 The embodiment shown in Figure 6 is an example in which the discharge side rotor shaft 2a of the male rotor 2 of a screw compressor is used as the drive shaft, and the shaft seal device 60 of the present invention is provided between the bearing 81 in the shaft hole 61 provided as a through hole in the discharge side casing 12 and the rotor chamber 113, thereby preventing the lubricating oil supplied to the bearing 81 attached in the shaft hole 61 from entering the rotor chamber 113.

この構成では,付勢手段70としてピストン63を図6(A)に示す第2移動位置に付勢する引張スプリングを設けている。 In this configuration, the biasing means 70 is a tension spring that biases the piston 63 to the second movement position shown in Figure 6 (A).

上記の位置に本発明の軸封装置60を設けることで,回転軸20である吐出側のロータ軸2aの回転が停止している状態では,変圧空間15であるロータ室113の吐出側の圧力は大気圧の状態にあり,ピストン63は付勢手段70の付勢力によって図6(A)に示す第2移動位置に移動されており,シール材66が段差部22aに押し付けられて接触シール部69が形成された状態となっている。 By providing the shaft seal device 60 of the present invention at the above position, when the rotor shaft 2a on the discharge side, which is the rotating shaft 20, is stopped rotating, the pressure on the discharge side of the rotor chamber 113, which is the variable pressure space 15, is at atmospheric pressure, and the piston 63 is moved to the second movement position shown in Figure 6 (A) by the biasing force of the biasing means 70, and the seal material 66 is pressed against the step portion 22a to form a contact seal portion 69.

この状態から吐出側ロータ軸(回転軸)2aを回転させてスクリュロータが回転を開始すると,変圧空間15であるロータ室113の吐出側の圧力が上昇して付勢手段70の付勢力に抗してピストン63が図6(B)に示した第1移動位置に移動することでシール材66が段差部22aより離間して接触シール部59によるシール状態が解除されると共に,ピストン63の内周面と回転軸(ロータ軸2a)の外周面間に形成された微小間隔δによって形成された非接触シール部68によるシールに切り替わる。 When the screw rotor starts to rotate by rotating the discharge side rotor shaft (rotating shaft) 2a from this state, the pressure on the discharge side of the rotor chamber 113, which is the pressure change space 15, rises and the piston 63 moves to the first moving position shown in FIG. 6(B) against the biasing force of the biasing means 70, causing the sealing material 66 to move away from the step portion 22a, releasing the sealing state by the contact seal portion 59, and switching to sealing by the non-contact seal portion 68 formed by the minute gap δ formed between the inner surface of the piston 63 and the outer surface of the rotating shaft (rotor shaft 2a).

このように,図6に示した構成においても,回転軸20であるロータ軸2aの回転が停止している状態では接触シール部69による密封が可能となる一方,ロータ軸2aが回転を開始することでシール材66が段差部22aより離間して接触シール部69におけるシールが解除されるため,ロータ軸2aを高速回転させた場合であってもシール材66が摩擦熱や摩耗により劣化することを防止することが可能である。 Thus, even in the configuration shown in FIG. 6, the contact seal portion 69 can provide a seal when the rotor shaft 2a, which is the rotating shaft 20, is stopped from rotating. However, when the rotor shaft 2a starts to rotate, the seal material 66 moves away from the step portion 22a, and the seal at the contact seal portion 69 is released. Therefore, even when the rotor shaft 2a is rotated at high speed, it is possible to prevent the seal material 66 from deteriorating due to frictional heat or wear.

なお,以上で説明した本発明の軸封装置60では,いずれもピストン63を第1移動位置又は第2移動位置に付勢する付勢手段70を設けた構成例を示したが,例えば,図1~図4を参照して説明した軸封装置60の構成例では,回転軸20(駆動軸51)の回転により変圧空間15であるギヤ室131内が負圧となる場合,このような付勢手段70を設けない場合でも回転軸の回転速度の変化に応じピストン63を第1移動位置と第2移動位置間を移動させることが可能であることは前述した通りであり,付勢手段70は必ずしも必要ではない。 In the shaft seal device 60 of the present invention described above, a configuration example is shown in which a biasing means 70 is provided to bias the piston 63 to the first movement position or the second movement position. However, in the configuration example of the shaft seal device 60 described with reference to Figures 1 to 4, for example, when the rotation of the rotating shaft 20 (drive shaft 51) causes negative pressure in the gear chamber 131, which is the pressure change space 15, as described above, even if such a biasing means 70 is not provided, it is possible to move the piston 63 between the first movement position and the second movement position in response to changes in the rotational speed of the rotating shaft, and the biasing means 70 is not necessarily required.

また,図示の例では水平方向に配置された回転軸20の軸封を行う構成について説明したが,回転軸20を垂直方向に配置可能な機器に対する軸封に本発明の軸封装置60を使用する場合には,第1移動位置又は第2移動位置のいずれか一方に対するピストン63の移動を,前述した付勢手段70による付勢に代えて,重力を利用して行うようにしても良く,本発明の軸封装置60を適用する機器の構成によっては付勢手段70を必ずしも設ける必要はない。 In addition, in the illustrated example, a configuration for sealing the rotating shaft 20 arranged horizontally has been described, but when the shaft sealing device 60 of the present invention is used to seal an equipment in which the rotating shaft 20 can be arranged vertically, the movement of the piston 63 to either the first moving position or the second moving position may be performed using gravity instead of the biasing by the biasing means 70 described above, and depending on the configuration of the equipment to which the shaft sealing device 60 of the present invention is applied, the biasing means 70 may not necessarily be provided.

〔変形例〕
以上,図1~図6を参照して説明した実施形態では,いずれもピストン63の一方の端面63aに設けたシール材66が段差部22aに押し当てられることによりピストン63が移動できなくなる位置を前述した第2移動位置とする構成を採用した。
[Modifications]
In the embodiments described above with reference to Figures 1 to 6, a configuration is adopted in which the position where the piston 63 cannot move because the sealing material 66 provided on one end face 63a of the piston 63 is pressed against the step portion 22a, is the second movement position described above.

しかしながら,この構成ではシール材66が段差部22aに対し必要以上に強く押し付けられる場合があると共に,この状態で回転軸20の回転(逆転を含む)が行われると,依然としてシール材66の劣化が起こり得る。 However, with this configuration, the seal material 66 may be pressed against the step portion 22a more strongly than necessary, and if the rotating shaft 20 is rotated (including in the reverse direction) in this state, deterioration of the seal material 66 may still occur.

このようにシール材66が段差部22aに対し必要以上に強く押し付けられることを防止するために,図7に示す実施形態では,図7(B)に示す第2移動位置でピストン63の一方の端面63aの外周側の部分63a’と突合するストッパ部90を設け,ピストン63が前記第2移動位置に移動すると該ピストン63の一方の端面63aの外周側の部分63a’がストッパ部90と突合して移動が規制されることで,ピストン63の一方の端面63aと前記段差部53a間が一定間隔となるように形成した。 In order to prevent the sealing material 66 from being pressed against the step portion 22a more strongly than necessary, in the embodiment shown in FIG. 7, a stopper portion 90 is provided that abuts against the outer peripheral portion 63a' of one end face 63a of the piston 63 in the second movement position shown in FIG. 7(B). When the piston 63 moves to the second movement position, the outer peripheral portion 63a' of one end face 63a of the piston 63 abuts against the stopper portion 90 to restrict the movement, so that a constant distance is maintained between one end face 63a of the piston 63 and the step portion 53a.

図7に示す実施形態では,ピストン63の一方の端面63aの外周側の部分63a’を紙面右側に突出させて突部を形成し,この突部をシリンダ62の機外側の端壁からなるストッパ部90に突合させることにより第2移動位置でピストン63の移動を停止させることができるようにした。 In the embodiment shown in FIG. 7, the outer peripheral portion 63a' of one end face 63a of the piston 63 is made to protrude to the right side of the page to form a protrusion, and this protrusion is abutted against a stopper portion 90 consisting of the end wall on the outer side of the cylinder 62, making it possible to stop the movement of the piston 63 at the second movement position.

なお,このストッパ部90は,ピストン63の一方の端面63aの外周側の部分63a’と突合してピストン63の移動を規制することができるものであれば,ピストン63の一方の端面63aの外周側の部分63a’に突部を設ける図7に記載の構成に代えて,図8に変形例として示したように,ストッパ部90と成るシリンダ62の機外側端壁の位置を機内側に移動させることにより形成するものとしても良く,ピストン63の一方の端面63aと段差部22a間の間隔Sを一定に維持し得るものではあれば図示の例に限定されない。 In addition, as long as the stopper portion 90 can abut against the outer peripheral portion 63a' of one end face 63a of the piston 63 to restrict the movement of the piston 63, it may be formed by moving the position of the outer end wall of the cylinder 62 that constitutes the stopper portion 90 to the inner side of the machine, as shown in FIG. 8 as a modified example, instead of the configuration shown in FIG. 7 in which a protrusion is provided on the outer peripheral portion 63a' of one end face 63a of the piston 63, and is not limited to the example shown in the figure as long as it can maintain a constant distance S between the one end face 63a of the piston 63 and the step portion 22a.

もっとも,図7を参照して説明したようにピストン63の一方の端面63aの外周側の部分63a’に突部を設けた構成では,ピストン63の外周面にOリング65の他にも軸受材(ウェアリング)65’を設ける等して,ピストン63の潤滑性を高めると共に,ピストンの偏心を防止してOリング65を保護することによりピストン63の外周面とシリンダ62の内周面間の間隔のシール性を向上させることが可能であり,これによりピストン63の外周面とシリンダ62の内周面間の間隔を介した流体の漏出についても密閉性を向上させることが可能となる。 However, as explained with reference to FIG. 7, in a configuration in which a protrusion is provided on the outer peripheral portion 63a' of one end face 63a of the piston 63, it is possible to provide a bearing material (wear ring) 65' in addition to the O-ring 65 on the outer peripheral surface of the piston 63 to increase the lubrication of the piston 63 and to improve the sealing of the gap between the outer peripheral surface of the piston 63 and the inner peripheral surface of the cylinder 62 by preventing eccentricity of the piston and protecting the O-ring 65, thereby improving the sealing against leakage of fluid through the gap between the outer peripheral surface of the piston 63 and the inner peripheral surface of the cylinder 62.

1 スクリュ圧縮機
2 スクリュロータ(オス)
2a 吐出側ロータ軸(オスのスクリュロータの)
2b 吸入側ロータ軸(オスのスクリュロータの)
3 スクリュロータ(メス)
3a 吐出側ロータ軸(メスのスクリュロータの)
3b 吸入側ロータ軸(メスのスクリュロータの)
10 ケーシング
11 ロータケーシング
113 ロータ室
117 吸入空間
12 吐出側ケーシング
13 吸入側ケーシング
131 ギヤ室
15 変圧空間
20 回転軸
21 回転軸本体
22 カラー
22a 段差部
22b 螺旋溝
23 スペーサ
30 増速装置
31 従動歯車
32 駆動歯車
50 モータ
51 出力軸
60 軸封装置
61 軸孔
62 シリンダ
63 ピストン
63a 一方の端面(ピストンの)
63a’ 一方の端面の外周側の部分
63b 他方の端面
64 開口(ピストンの)
65 Oリング
65’ 軸受材(ウェアリング)
66 シール材
67 軸孔カバー
68 非接触シール部
69 接触シール部
70 付勢手段(スプリング)
80,81 軸受
90 ストッパ部
310 軸孔
320 ロータ軸
330 軸受
360 軸封装置
361 エアシール部
362 油切りシール部
363 シールボックス部
364 大気解放穴
402 スクリュロータ
410 軸孔
420 ロータ軸
430 軸受
460 軸封装置
461 第1非接触シール
462 第2非接触シール
463 リップシール
464 第1シール空間
465 給油流路
466 第2シール空間
467 連通孔
δ 微小間隔
S 間隔(ピストンの一方の端面と段差部間の)

1 Screw compressor 2 Screw rotor (male)
2a Discharge side rotor shaft (male screw rotor)
2b Intake side rotor shaft (male screw rotor)
3 Screw rotor (female)
3a Discharge side rotor shaft (female screw rotor)
3b Intake side rotor shaft (female screw rotor)
REFERENCE SIGNS LIST 10 Casing 11 Rotor casing 113 Rotor chamber 117 Suction space 12 Discharge side casing 13 Suction side casing 131 Gear chamber 15 Pressure change space 20 Rotating shaft 21 Rotating shaft main body 22 Collar 22a Step portion 22b Spiral groove 23 Spacer 30 Speed increasing device 31 Driven gear 32 Driving gear 50 Motor 51 Output shaft 60 Shaft seal device 61 Shaft hole 62 Cylinder 63 Piston 63a One end face (of the piston)
63a': Outer circumferential portion of one end face 63b: Other end face 64: Opening (of piston)
65 O-ring 65' Bearing material (wear ring)
66 Sealing material 67 Shaft hole cover 68 Non-contact seal portion 69 Contact seal portion 70 Urging means (spring)
Reference Signs List 80, 81 Bearing 90 Stopper portion 310 Shaft hole 320 Rotor shaft 330 Bearing 360 Shaft seal device 361 Air seal portion 362 Oil thrower seal portion 363 Seal box portion 364 Atmospheric release hole 402 Screw rotor 410 Shaft hole 420 Rotor shaft 430 Bearing 460 Shaft seal device 461 First non-contact seal 462 Second non-contact seal 463 Lip seal 464 First seal space 465 Oil supply passage 466 Second seal space 467 Communication hole δ Micro gap S Spacing (between one end face of the piston and the step portion)

Claims (5)

ケーシングに形成された軸孔と,該軸孔に挿入された回転軸を備えた機器の前記軸孔の内周面と前記回転軸の外周面間の間隔を封止する軸封装置において,
前記軸孔内に前記回転軸と同心のシリンダを形成し,該シリンダの一端を,前記回転軸の回転速度の変化に伴い内部圧力が変化する前記ケーシング内の空間である変圧空間に連通し,
中央に前記回転軸が微小間隔を介して挿入される開口を備えた円筒状のピストンを前記シリンダ内に挿入して,前記回転軸が所定の回転速度を越えているときの前記変圧空間内の圧力に対応した移動位置である第1移動位置と,前記回転軸が前記所定の回転速度以下であるときの前記変圧空間内の圧力に対応した移動位置である第2移動位置間を前記回転軸の軸線方向に移動可能とし,
前記第2移動位置において前記ピストンの一方の端面と所定の間隔を介して近接対峙する段差部を前記回転軸に形成すると共に,前記ピストンの前記一方の端面,及び/又は,前記段差部のいずれか一方又は双方に,前記回転軸の外周を囲む無端環状のシール材を取り付け,
前記ピストンが前記第2移動位置にあるときに前記シール材が前記ピストンの前記一方の端面と前記段差部間の前記間隔を接触状態でシールする接触シール部を形成すると共に,
前記ピストンの前記第1移動位置への移動時,前記ピストンの前記一方の端面と前記段差部間のシールが解除されて前記ピストンの内周面と前記回転軸の外周間の前記微小隙間によって形成される非接触シール部によるシールを行うことを特徴とする軸封装置。
A shaft seal device for sealing a gap between an inner peripheral surface of a shaft hole formed in a casing and an outer peripheral surface of a rotating shaft of an equipment having a rotating shaft inserted into the shaft hole,
a cylinder is formed in the axial hole and is concentric with the rotating shaft, and one end of the cylinder is connected to a variable pressure space, which is a space in the casing in which the internal pressure changes with the change in the rotation speed of the rotating shaft;
A cylindrical piston having an opening at the center through which the rotating shaft is inserted with a small gap is inserted into the cylinder, and the piston is movable in the axial direction of the rotating shaft between a first movement position which is a movement position corresponding to the pressure in the variable pressure space when the rotating shaft is rotating at a speed exceeding a predetermined rotational speed, and a second movement position which is a movement position corresponding to the pressure in the variable pressure space when the rotating shaft is rotating at a speed equal to or lower than the predetermined rotational speed,
a step portion is formed on the rotating shaft so as to closely face one end face of the piston with a predetermined gap therebetween at the second moving position, and an endless annular seal material surrounding an outer periphery of the rotating shaft is attached to either one or both of the one end face of the piston and/or the step portion;
When the piston is in the second moving position, the sealing material forms a contact seal portion that seals the gap between the one end face of the piston and the step portion in a contact state,
A shaft seal device characterized in that, when the piston moves to the first moving position, the seal between the one end face of the piston and the step portion is released and sealing is performed by a non-contact seal portion formed by the minute gap between the inner surface of the piston and the outer periphery of the rotating shaft.
前記ピストンを前記第1移動位置又は前記第2移動位置に付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする請求項1記載の軸封装置。 The shaft seal device according to claim 1, characterized in that it is provided with a biasing means for biasing the piston to the first movement position or the second movement position. 前記第1移動位置にある前記ピストンの内周面と対向する部分の前記回転軸の外周面に螺旋溝を形成したこと特徴とする請求項1又は2記載の軸封装置。 The shaft seal device according to claim 1 or 2, characterized in that a spiral groove is formed on the outer peripheral surface of the rotating shaft in a portion facing the inner peripheral surface of the piston in the first moving position. 前記回転軸が,回転軸本体と,該回転軸本体に外嵌したカラーを備え,該カラーに前記段差部と前記螺旋溝を形成したことを特徴とする請求項3記載の軸封装置。 The shaft seal device according to claim 3, characterized in that the rotating shaft comprises a rotating shaft body and a collar fitted onto the rotating shaft body, and the step portion and the spiral groove are formed on the collar. 前記第2移動位置で前記ピストンの前記一方の端面の外周側の部分と突合するストッパ部を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の軸封装置。

3. The shaft seal device according to claim 1, further comprising a stopper portion which abuts against an outer peripheral portion of said one end face of said piston at said second movement position.

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