JP2614696B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遠心圧縮機に関し、さ
らに詳細には、改善された潤滑方法及びその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ハーメチック型の遠心冷凍圧縮機では、
モータを用いて歯車トランスミッションを介してインペ
ラーを駆動している。そのような圧縮機においては、シ
ャフトシールを通してオイルが外へしみ出すのを最小に
するためそのトランスミッションは、冷却器内の低圧源
に排気されている。この排気過程の中で、トランスミッ
ションから出る冷媒ガスに加えて、液滴またはミスト状
態のオイルが、その冷媒ガスに混入し、トランスミッシ
ョンから外部へ出て行くようになりがちである。このこ
とは、適切な圧力及び密度を持つ従来の冷媒に関しては
特に問題とならない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】例えばＲ−２２など、
最近の高圧高密度冷媒の使用では、上述のオイル漏れの
問題がさらに一層重要になってきた。すなわち、高圧冷
媒のために、高速で操作するより大きな歯車で運転する
ことが必要である。これは、次に、集中液溜めから大量
の潤滑油を引き上げさせようとする乱入を大きくし、低
圧ベント開口を介して圧縮サイクルに入って行く。さら
に、より大きな圧力差は、ベントガス流をより一層活発
にさせ、その結果、漏れを大きくさせる。

【０００４】前記の冷媒高圧に加えて、より大きな密度
もまた、その問題を大きくする。すなわち、大きな密度
が油滴をより長く保ち、分離を困難にさせる。さらにま
た、高密度であると、遠心型油分離機構からの機械損失
が増大する。

【０００５】乱流によって油溜めから引き上げられる油
が、圧縮機入口に流されるとき生ずる油漏れの結果につ
いて考える。それは圧縮機を通過し、凝縮器に放出され
る。そこで、熱交換器面に被膜し、その効率を低下させ
る。その後、油の幾量かは、冷却器上に流れ、そこでも
同様の現象を引き起す。従って、大きな油漏れ率は、熱
交換器の性能の低下をもたらすことになる。さらに、こ
の現象のため油溜め内の油供給が減ぜられ、潤滑を要す
る全ての可動部品が実際に適切な油供給を受けるに充分
な量の油が存在しなくなる。

【０００６】油漏れの問題は、２つの異なる方法で対処
されてきた。第１に、最も普通の方法は、ベント配管内
にメッシュ型油分離器を使用して、油滴を結合させ、ト
ランスミッションに戻すことである。第２の方法は、一
連の中空回転スポークを使用し、不所望な油ミスト成分
を遠心分離させることである。これらの方法は、それ自
身またはその組合せのいずれも、Ｒ−２２などの高圧高
密度冷媒を用いている遠心圧縮機内に油を抑制するため
に充分でないことがわかった。

【０００７】従って、本発明の目的は、遠心圧縮機用の
改善された油封じ込めシステムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの観点によ
れば、トランスミッション内の駆動歯車回りにシュラウ
ドを設置し、それにより潤滑油を油溜めから引き上げさ
せるトランスミッションのハウジング内で発生する乱流
を封じ込めることにより実質的に低減させるようにして
いる。従って、潤滑油の漏れを実質的に低減させる。

【０００９】本発明のさらに他の観点によれば、歯車シ
ュラウド放出が発生する位置の近傍において、バッフル
が油溜め内に設置される。そのバッフルは、シュラウド
から方向付けされる大容量、高速度の流れを方向転換さ
せ、油ポンプ吸入口の近傍における油溜め内の油を移動
させないようにして、油ポンプが充分な油を供給するこ
とができるように封じ込める。

【００１０】

【作用】大型の歯車の高速運転から引き起こされる気流
の乱れによって創り出される乱流によって、大量の油が
隣接する油溜めから引き上げられようとする。これを防
止するため、歯車シュラウドを歯車のすぐ近くを取り囲
むようにして設けるようにしている。

【００１１】

【実施例】図１を参照する。本発明は、その一端にモー
タ１２を、他端に遠心圧縮機１３を有する遠心圧縮機シ
ステム１１に具体化され、一般に符号１０で示されてい
る。モータ１２及び圧縮機１３はトランスミッション１
４によって相互接続されている。モータ１２は、ステー
タコイル１７が内周囲に配設されている外部ケーシング
１６を含んでいる。ロータ１８は、トランスミッション
１４によって支持され、かつそれから突出しているロー
タシャフト１９によって、ステータ巻線１７内に回転可
能に設置されている。

【００１２】トランスミッション１４は、複数個のボル
ト２４によって圧縮機ケーシング２３とモータケーシン
グ１６の間に固定されている、径方向に長い環状フラン
ジ２２を有するトランスミッション組立体２１を含んで
いる。好適には、モータシャフト１９の延長として一体
的に形成されているトランスミッションシャフト２８
は、軸方向に離れた一対の軸受２６及び２７によって、
トランスミッション組立体２１内に、回転可能に設けら
れている。シャフト２８からのスラスト力を軸受２６の
スラスト軸受部に伝えるために、焼ばめによって取り付
けすなわち組み込まれたカラー２９が設けられている。
シャフト２８の端部は、保持板３２及びボルト３３によ
って駆動歯車３１が取り付けられている場所へ、トラン
スミッション組立体２１を越えて延びている。

【００１３】駆動歯車３１は、圧縮機インペラ３７を直
接駆動するための高速シャフト３６を次に駆動する駆動
歯車３４と係合する。各シャフトの代表的な速度は、ト
ランスミッションシャフト２８が、３,５５０ｒｐｍで
あり、高速駆動シャフト３６が、１６,０００ｒｐｍで
ある。高速シャフト３６は、軸受によって支持されてい
る。その１つが、符号３８で示され、他の１つが符号３
９で示されている。スラスト軸受４１は、インペラ３７
によって発生される軸方向スラストに反作用を与えるよ
うになっている。

【００１４】軸受の潤滑は、次のようにして行われる。
トランスミッション組立体２１を介して、軸受２６及び
２７に対して油が与えられる。軸受２６からの油は通路
４２を介して流れ、開口４３を通って油溜め４４へ流れ
る。油供給環状包囲軸受２７から、油が通路４６へ流
れ、軸受３８を潤滑する。その後、油は軸受３８の左側
から開口４３を介して油溜め４４へ入る。同様に、それ
に軸受３８の右側から開口４７を介して油溜め４４へ入
る。

【００１５】さて、高速シャフト３６の他端にある軸受
３９を参照する。軸受面に対して径方向内側に流れる油
用の導管として給油通路４８が設けられている。また、
シャフト３６から径方向外側へ油を押しやるために油ス
リンガ４９が設けられている。環状空洞５１は、軸受３
９から押しやられる油を受け取り、通路（図示せず）を
通して油溜め４４への油排出を容易にさせるよう機能す
る。

【００１６】油が油溜め４４内に蓄積されると、油は油
ポンプ５３の入口５２へ引張られる。その油ポンプ５３
は、フィルタ５４を介して油をくみ上げ、システムを潤
滑するためシステム構成部品に対してその油を供給す
る。

【００１７】シャフトシールを介してトランスミッショ
ン１４から油が漏れるのを制限するために、トランスミ
ッション１４を取り囲んでいる領域６０が、トランスミ
ッションベント開口５０を介して低圧冷媒源（すなわ
ち、圧縮機入口４５）に通気されている。冷媒が開口５
０に入る前にある程度の含有油を回収するために、油分
離器すなわちデミスタ５５が設けられている。しかし、
そのような油分離器は、Ｒ−２２冷媒を使用するような
高速、高圧機などのように、含有され、さもなくば乱流
によって引き上げられる油の量が、過剰な場合には、そ
れだけでは充分ではない。システムの構造的特徴による
この油漏れを制限することが本発明の目的である。

【００１８】従来機に対して変更が加えられなければ、
ある量の油は、駆動歯車３１によって径方向外側に投げ
出され、トランスミッション１４を取り囲んでいる冷媒
内に含有させられようとすることがわかっている。しか
し、さらに重大なことは、かなり大型の歯車の高速運転
から引き起こされる気流の乱れによって創り出される乱
流によって、大量の油が隣接する油溜めから引き上げら
れようとすることである。これを防止するため、歯車シ
ュラウド５９が歯車３１のすぐ近く（例えば、０．２５
乃至０．３７５インチ）を取り囲むようにして設けられ
ている。その歯車シュラウド５９は、図１乃至図５に示
されている。図から理解されるように、歯車シュラウド
５９は、前壁６１と後壁６２を備えている。両者は半円
形部分６３によって相互に接続されている。その半円形
部分６３は、約２７０°の角度をなして、その一端６４
から他端６５まで延びている（図５）。端部６４の近く
で、その半円形部分は、その形状が平板となり、前壁６
１及び後壁６２の部分と結合して、歯車シュラウド５９
によって抑制される大容量の冷媒と油との混合流を、油
ポンプ５３に対して下方に向けさせるように機能する放
出シュート６６を与える。

【００１９】穴６９を通る複数個の締め具によって、ケ
ーシング６８に締結されている半円形延長部６７は、通
常シュラウド前壁６１から実質的に延びかつそれに一体
的に接続されている。この部材は、周辺領域に乱流を発
生させないよう気流の乱れが抑制されるように、高速シ
ヤフト３６を取り囲んでいる領域６０をトランスミッシ
ョン１４を取り囲んでいる領域６０から隔離させるよう
働く。

【００２０】適切な締め具によって歯車シュラウド５９
をトランスミッション組立体２１に締結させ得る複数個
の締結ブラケット７１，７２及び７３が、歯車シュラウ
ド５９の後壁６２に設けられている。このやり方で、駆
動歯車３１とトランスミッション１４を取り囲んでいる
領域との間に障壁を形成するように、歯車シュラウド５
９がトランスミッション組立体とケーシング６８との間
に堅固に支持される。歯車とシュラウドとの間に捕獲さ
れるかなり大容量の冷媒及び油の流れは、下方に流れ、
油溜め４４に入っている放出シュート６６から放出され
る。

【００２１】駆動歯車３１上の油は、特に駆動歯車３１
及び高速被駆動歯車３４に向けられる供給油から、また
軸受２７の両方から発生すると言える。この油は、ケー
シング７６（図２参照）に設けられているスプレー装置
７４を介して入り、油を直接歯車上に流させる。駆動歯
車３１から過剰な油を取り去り、それを油溜め内に落下
させるために、ストリッパ７７が設けられている。

【００２２】乱気流効果を抑制し、その結果得られる流
れを油溜め４４内に向けさせるような歯車シュラウド５
９の影響を考える。その放出シュート６６が、油溜め内
の油ポンプ５３の真上にあることが、図２からわかる。
駆動歯車３１は高速に回転するので、冷媒と油の混合物
は、油を油溜めから局所的に吸引することによって油ポ
ンプ５３内にキャビテーションを生ぜしめるような力で
放出される。さらに、歯車の歯がファンすなわちブロワ
ーとして働き、大容量の冷媒ガスとそれに含有された油
を押し出す。その油とガスの混合物は、油溜め内に泡状
の溶液を作り出し、キャビテーションを発生させる。こ
の発生を防止するために、油溜め内に外側下方に伸びて
いる圧縮機ケーシング２３の一体部として、バッフル７
８（図１及び図２を参照）が設けられ、キャビテーショ
ンから油ポンプを保護している。すなわち、浸油バッフ
ル７８は、油ポンプ５３の入口５２を、歯車シュラウド
放出シュート６６の近傍で油溜めに持ち込まれる冷媒ガ
ス含有物の局所的な撹拌損失効果から保護する。バッフ
ル７８の延長端７９は、圧縮機ケーシングの側壁に接合
されている。その端部７９の下側は開放され、油溜めか
ら油ポンプ５３へ油の自由な流れを許している。

【００２３】以上システム構成について述べたが、以下
に出願人の理論を実証するための試験手順及び装置並び
に問題の解決策について説明する。Ｒ−２２冷媒で運転
されるとき、本発明の設計的特徴を持たずに、図１に示
されたような遠心圧縮機設計の初期試験では、油の全逸
失が、始動の２分以内に発生することが観察された。結
局、かなり高速で回転する歯車は、周囲の媒体を移動さ
せ、また、油溜めはトランスミッションハウジングと一
体であるので、油溜め内の油は、引き起こされる乱流に
よって衝撃を受けるということが理論付けされた。トラ
ンスミッション内の圧力が増すと、大きな密度の媒体に
よって、引き起こされる力もまた大きくなる。最終的
に、この圧力は、その力が油を油溜めからトランスミッ
ションハウジングへ、そして最後にはベント配管を介し
て蒸発器へ運ぶのに充分なほど大きいレベルに達する。

【００２４】この理論を証明するために、図６に示すよ
うなテストシステムが組立てられた。インペラを持たな
い遠心圧縮機１０１が、モータ１０２によってトランス
ミッション１０３を介して駆動されるよう組み込まれ
た。ベント配管１０４は、トランスミッション１０３の
ハウジングから油分離器１０６へ、そして油ポンプ１０
８を介してトランスミッション１０３へ油を戻す配管１
０７へ通じている。インペラが設けられていないので、
圧縮機１０１の入口から油分離器１０６へ冷媒蒸気を運
ぶために、配管１０９もまた設けられた。

【００２５】冷媒蒸気は、油分離器１０６から取り出さ
れ、配管１１１に沿って、圧縮機１１３及び凝縮器１１
４を含んでいるポンプダウンユニット１１２へ流され
た。凝縮器１１４から、冷却された冷媒蒸気が配管１１
６に沿って弁１１７及び冷媒フィルタ１１８へ流され、
モータを冷却するためモータ１０２へ流された。凝縮ユ
ニット１１４の流速は、平常運転状態でトランスミッシ
ョンを通る冷媒流に適合するように選択された。ベント
配管内で起こる油漏れの量を決めるため、サイトグラス
１２１及び１２２が設けられた。油冷却器１２４が、油
溜め内の油を冷却するために設けられた。図示の如く、
ベント配管１０４内の圧力Ｐ₁を検知するために、圧力
センサ１２５もまた設けられた。さらに、冷媒ガスをシ
ステム中に充填するために、配管１２５が設けられた。

【００２６】最初のテストランスミッションは、テスト
システムに含まれている本発明のバッフル装置を用いず
に行われた。テストシステムには、Ｒ−２２が１０ｐｓ
ｉｇで充填され、油溜め内の温度は、１３０°Ｆにされ
た。ポンプダウンユニット１１２、トランスミッション
１０３内に置かれた油ポンプ、及び分離器１０６からの
戻り配管内の油ポンプ１０８が圧縮機１０１を始動する
前に始動された。システムの圧力は、配管１２６を介し
てさらに多く冷媒を入れることによって、１０ｐｓｉｇ
の段階で１００ｐｓｉｇまで上げられた。代表的には、
システムのトランスミッションは、約６５ｐｓｉｇで運
転する。圧力が上げられたときサイトグラス１２１を観
察すると、４０ｐｓｉｇにおいて、わずかな量の油がベ
ント配管１０４に流れることがわかった。６０ｐｓｉｇ
では、油流は毎分５ガロンの単位にあった。６０ｐｓｉ
ｇを越えると、油流は比例的に増大することがわかっ
た。

【００２７】本発明に従って、シュラウド５９を歯車の
回りに組み込んだ後、テストが繰り返された。圧力が１
０ｐｓｉｇから１００ｐｓｉｇまで上げられた際、サイ
トグラス１２１で観察されるように、ベント配管１０４
を介する油逸失はなかった。しかし、圧力Ｐ₁が４０ｐ
ｓｉｇのとき油圧差（すなわち、ポンプ放出圧と軸受で
の圧力との間の油圧の差）が減少し始めた。圧力Ｐ₁が
６０ｐｓｉｇに達したとき、油圧差が１０ｐｓｉｇ未満
に落ちた。なお、最小許容レベルは１４ｐｓｉｇであ
る。このことから、シュラウド５９からのガスと油の混
合物の高速放出流は、油ポンプ方向に向けられ、それに
よって油をポンプ吸引管から遠くへ追いやることが結論
付けられた。

【００２８】そのテストシステムは、その後、本発明に
従ってポンプとシュラウド放出領域との間にバッフル７
８を含むように変更された。その後、テストが繰り返さ
れ、ベント配管１０４内に油逸失がなく、さらに油圧差
の減少もないことが観察された。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、トランスミッション内
の駆動歯車回りにシュラウドを設置しているので、それ
により潤滑油を油溜めから引き上げさせるトランスミッ
ションのハウジング内で発生する乱流を封じ込めること
で実質的に低減させることができる。従って、潤滑油の
漏れも実質的に低減するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を有する遠心圧縮機の長手方向断面図で
ある。

【図２】図１の線２−２に沿って見たその軸方向断面図
である。

【図３】後から見た遠心圧縮機の部分長手方向断面図で
ある。

【図４】本発明の歯車シュラウド部分の側面図である。

【図５】本発明の歯車シュラウド部分の前面図である。

【図６】本発明の概念を実証するために使用されるテス
ト装置の概略説明図である。

【符号の説明】

２３…圧縮機ケーシング ３１，３４…駆動歯車 ４４…油溜め ５３…油ポンプ ５９…歯車用シュラウド ６０…包囲領域 ６６…放出シュート ７４…スプレー装置 ７６…ケーシング ７８…バッフル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−16041（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−50138（ＪＰ，Ｕ)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低速シャフト、潤滑歯車及び高速シャフ
   トによってインペラを駆動するためのモータを有する型
   の遠心圧縮機であって、その歯車が、当該ハウジングと
   一体の油溜めを有すると共に、低圧領域と流体的に連絡
   しているベントを有するトランスミッションハウジング
   内に配置されている遠心圧縮機において、 前記歯車が高速度で回転するときに前記ハウジング内で
   発生し、それによって潤滑油を油溜めから歯車ハウジン
   グへ引き上げるであろう乱流を低減させるため、前記歯
   車の一部分の回りに配設されたシュラウドを備え、前記
   シュラウドが高速流体の流れを前記歯車から油溜め中に
   方向付けするように働くことを特徴とする遠心圧縮機。
2. 【請求項２】 前記油溜め内にある油ポンプと、前記油
   ポンプ近傍からの潤滑油の移動を防止するために流体流
   を前記シュラウドから偏向させるよう、前記ポンプと前
   記シュラウドとの間に設けられたバッフルを備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 【請求項３】 さらに前記ベント内に油分離器を備えて
   いることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
4. 【請求項４】 前記遠心圧縮機が、比較的高圧高密度の
   冷媒の圧縮に適するよう設計されていることを特徴とす
   る請求項１に記載の遠心圧縮機。
5. 【請求項５】 前記冷媒がＲ−２２であることを特徴と
   する請求項４に記載の遠心圧縮機。
6. 【請求項６】 トランスミッションのハウジング内に乱
   流を作り出し、一体型油溜め内の潤滑油をハウジング中
   に引き上げさせる傾向のある潤滑高速歯車を有する遠心
   圧縮機のトランスミッションのハウジングからの油損失
   を低減させる方法において、 前記歯車の一部分の回りの近傍に、シュラウドを設置す
   る段階を有し、前記トランスミッションのハウジング内
   の乱流を実質的に低減させることを特徴とする方法。
7. 【請求項７】 前記シュラウド上に放出部を設ける段階
   を有し、前記シュラウドからの冷媒の高速流を隣接する
   油溜めへ方向付けすることを特徴とする請求項６に記載
   の方法。
8. 【請求項８】 前記油溜め内にバッフルを設ける段階を
   有し、前記バッフルがシュラウドからの流路内に設けら
   れ、前記シュラウドからの高速流を前記油溜め内に設置
   された油ポンプから遠くへ偏向させることを特徴とする
   請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記トランスミッションが低圧領域に通
   気されていると共に、前記ベント内に油分離器を設ける
   段階を有していることを特徴とする請求項６に記載の方
   法。