JP3086804B2 - スクリューマシン - Google Patents
スクリューマシンInfo
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- JP3086804B2 JP3086804B2 JP11135456A JP13545699A JP3086804B2 JP 3086804 B2 JP3086804 B2 JP 3086804B2 JP 11135456 A JP11135456 A JP 11135456A JP 13545699 A JP13545699 A JP 13545699A JP 3086804 B2 JP3086804 B2 JP 3086804B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- pressure
- screw machine
- shield chamber
- rotors
- Prior art date
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D3/00—Axial-flow pumps
- F04D3/02—Axial-flow pumps of screw type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
- F04C29/0021—Systems for the equilibration of forces acting on the pump
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スラスト支持シス
テムを備えたスクリューマシンに関し、詳しくは圧縮機
の吸入側及び吐出側においてスクリューロータへのスラ
スト力を均衡させるようにスラスト力と反対方向への力
を発生させるスラスト支持システムに関する。
テムを備えたスクリューマシンに関し、詳しくは圧縮機
の吸入側及び吐出側においてスクリューロータへのスラ
スト力を均衡させるようにスラスト力と反対方向への力
を発生させるスラスト支持システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】ツインロータ型のスクリュー圧縮機にお
いては、運転中、圧力勾配は、通常一方向に向かってお
り、その流体圧力によってロータが吸入側に押される。
ロータを半径方向及び軸方向の双方に規制するために、
ロータは、一般的にそれぞれの端部で軸受に取り付けら
れている。
いては、運転中、圧力勾配は、通常一方向に向かってお
り、その流体圧力によってロータが吸入側に押される。
ロータを半径方向及び軸方向の双方に規制するために、
ロータは、一般的にそれぞれの端部で軸受に取り付けら
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】吐出側のロータ先端の
クリアランスは密閉状態の上で重要であるが、流体圧力
はこのクリアランスを拡大しようとする。さらに、軸方
向の力はロータの吸入側の先端を、ケーシング内に押し
やろうとする。ここでロータとケーシングの接触が起こ
ると、ロータが損傷する。軸受の必要性、特にスラスト
軸受の必要性は、コストを顕著に増大させ、製造または
組立を複雑化し、メンテナンスの必要性を生む。
クリアランスは密閉状態の上で重要であるが、流体圧力
はこのクリアランスを拡大しようとする。さらに、軸方
向の力はロータの吸入側の先端を、ケーシング内に押し
やろうとする。ここでロータとケーシングの接触が起こ
ると、ロータが損傷する。軸受の必要性、特にスラスト
軸受の必要性は、コストを顕著に増大させ、製造または
組立を複雑化し、メンテナンスの必要性を生む。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、スクリューマ
シンにおけるスラスト支持システムを提供するものであ
り、吸入側及び吐出側にスクリューのロータへのスラス
ト力と均衡する反対方向への力を発生させる。スラスト
支持システムは、一段あるいは複数段のラビリンスシー
ルが外径に加工されたつり合いディスク（つまりピスト
ン）を備える。ピストンは、ロータ軸の流入側の先端に
取り付けられており、もどり止めナットによって固定さ
れている。圧縮機流入側のハウジングは、ピストンのた
めに一段あるいは複数段の円筒面を形成するように設計
かつ加工されている。この円筒面は、ボルトで止められ
るとともにOリング等によってシールされたプレートに
よって覆われて、密閉されたチャンバーが形成され、ラ
ビリンスシールを通過するリーク通路のみが僅かに存在
する。カバープレートは、パイプを接続するためのねじ
山を切られた孔あるいはフランジ継手を有しており、ま
た、このパイプはねじ部あるいはフランジを介して、ケ
ーシングの吐出側へ接続されている。パイプがロータの
吐出領域に接続されるように、ケーシングの吐出側に孔
が加工されており、これによって高圧の気体がピストン
の高圧側に流れるようになっている。一つあるいは複数
の孔が圧縮機の流入側ケーシングに加工されており、ロ
ータの流入側領域をピストンの低圧側に接続している。
このようにして、完全な流れの再循環通路が形成されて
おり、その流量は、許容されるラビリンスシールのリー
クと圧力降下の設計により制御される。他の実施例とし
て、流路は、ハウジング内部を横断するように機械加工
され、かつリークを防ぐために適切なプラグを有する一
連の内部通路として形成してもよい。
シンにおけるスラスト支持システムを提供するものであ
り、吸入側及び吐出側にスクリューのロータへのスラス
ト力と均衡する反対方向への力を発生させる。スラスト
支持システムは、一段あるいは複数段のラビリンスシー
ルが外径に加工されたつり合いディスク（つまりピスト
ン）を備える。ピストンは、ロータ軸の流入側の先端に
取り付けられており、もどり止めナットによって固定さ
れている。圧縮機流入側のハウジングは、ピストンのた
めに一段あるいは複数段の円筒面を形成するように設計
かつ加工されている。この円筒面は、ボルトで止められ
るとともにOリング等によってシールされたプレートに
よって覆われて、密閉されたチャンバーが形成され、ラ
ビリンスシールを通過するリーク通路のみが僅かに存在
する。カバープレートは、パイプを接続するためのねじ
山を切られた孔あるいはフランジ継手を有しており、ま
た、このパイプはねじ部あるいはフランジを介して、ケ
ーシングの吐出側へ接続されている。パイプがロータの
吐出領域に接続されるように、ケーシングの吐出側に孔
が加工されており、これによって高圧の気体がピストン
の高圧側に流れるようになっている。一つあるいは複数
の孔が圧縮機の流入側ケーシングに加工されており、ロ
ータの流入側領域をピストンの低圧側に接続している。
このようにして、完全な流れの再循環通路が形成されて
おり、その流量は、許容されるラビリンスシールのリー
クと圧力降下の設計により制御される。他の実施例とし
て、流路は、ハウジング内部を横断するように機械加工
され、かつリークを防ぐために適切なプラグを有する一
連の内部通路として形成してもよい。
【０００５】ロータの吐出側へのスラストは、ピストン
の高圧側の面積を適切に設定することにより、ピストン
の高圧側からの力によって均衡する。ロータの吸入側へ
のスラストは、ピストンの低圧側の面積を適切に設定す
ることにより、ピストンの低圧側からの力によって均衡
する。圧縮機ロータの合成されたスラストは、いかなる
流入圧力及び吐出圧力が与えられても、全体として均衡
し、あるいは制御される。本発明のスラスト支持システ
ムはさらに、所望の大きさの力で、ロータを吐出側に向
かわせる逆スラストを発生させることにも利用できる。
この力はロータをケーシングの吐出側の端壁に向けて軸
方向に変位させる。油を使用する適用の場合、ロータの
吐出側の端面は、それぞれのロータの先端に、テーパー
型ランド構造を備えている。テーパー型ランド部のスラ
スト領域は、ロータの回転中、流体力学的な油膜を発生
させ、隣接の表面を分離する。油を使用しない適用で
は、整合する２つの面を形成するために、摩耗可能な被
覆剤がロータの吐出側の端面に使用される。どちらの場
合においても、ロータの吐出側表面とケーシングの端壁
の間に存在する動作クリアランスは非常に小さい。この
密接したクリアランスによってリークが減少し、効率が
改善される。このスラスト支持システムはスクリュー圧
縮機の雄ロータ、雌ロータ、あるいは両方のロータのい
ずれにも利用できる。基本的に、スクリューのロータへ
のスラスト荷重は、流体が圧縮されロータを吐出側から
吸入側に移動させようとして、ロータに力を加えること
から生じる。本発明では、ロータの軸部に軸方向に荷重
が加えられ、これによってロータのスラスト荷重が相殺
される。
の高圧側の面積を適切に設定することにより、ピストン
の高圧側からの力によって均衡する。ロータの吸入側へ
のスラストは、ピストンの低圧側の面積を適切に設定す
ることにより、ピストンの低圧側からの力によって均衡
する。圧縮機ロータの合成されたスラストは、いかなる
流入圧力及び吐出圧力が与えられても、全体として均衡
し、あるいは制御される。本発明のスラスト支持システ
ムはさらに、所望の大きさの力で、ロータを吐出側に向
かわせる逆スラストを発生させることにも利用できる。
この力はロータをケーシングの吐出側の端壁に向けて軸
方向に変位させる。油を使用する適用の場合、ロータの
吐出側の端面は、それぞれのロータの先端に、テーパー
型ランド構造を備えている。テーパー型ランド部のスラ
スト領域は、ロータの回転中、流体力学的な油膜を発生
させ、隣接の表面を分離する。油を使用しない適用で
は、整合する２つの面を形成するために、摩耗可能な被
覆剤がロータの吐出側の端面に使用される。どちらの場
合においても、ロータの吐出側表面とケーシングの端壁
の間に存在する動作クリアランスは非常に小さい。この
密接したクリアランスによってリークが減少し、効率が
改善される。このスラスト支持システムはスクリュー圧
縮機の雄ロータ、雌ロータ、あるいは両方のロータのい
ずれにも利用できる。基本的に、スクリューのロータへ
のスラスト荷重は、流体が圧縮されロータを吐出側から
吸入側に移動させようとして、ロータに力を加えること
から生じる。本発明では、ロータの軸部に軸方向に荷重
が加えられ、これによってロータのスラスト荷重が相殺
される。
【０００６】本発明の目的の一つは、スクリュー圧縮機
のスラスト荷重を平衡させることである。本発明の他の
目的は、スクリュー圧縮機においてスラスト軸受を不要
とし、スラスト軸受に関する機械的損失を減少させ、圧
縮機の効率を改善することである。また、他の目的は、
より小型のスクリュー圧縮機の設計を可能とすることで
ある。さらに、本発明の付加的な目的は、吐出側の端壁
に対するロータの位置を、ロータの端面とケーシング端
壁の表面との間の動作クリアランスが０になるようにす
ることである。
のスラスト荷重を平衡させることである。本発明の他の
目的は、スクリュー圧縮機においてスラスト軸受を不要
とし、スラスト軸受に関する機械的損失を減少させ、圧
縮機の効率を改善することである。また、他の目的は、
より小型のスクリュー圧縮機の設計を可能とすることで
ある。さらに、本発明の付加的な目的は、吐出側の端壁
に対するロータの位置を、ロータの端面とケーシング端
壁の表面との間の動作クリアランスが０になるようにす
ることである。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１（Ａ）〜（Ｆ）において、２
０はスクリューマシン１０における外被を外された雄ロ
ーターを表し、２１は外被を外された雌ローターを表し
ている。軸方向の吸入口１４は端壁１５に配置され、軸
方向の吐出口１６は端壁１７に配置されている。図１
（Ａ）〜（Ｆ）の点を施した部分は、図１（Ａ）の吸入
口１４の遮断から始まって、図１（F）の軸方向の吐出
口１６と連通する直前の位置まで進行する冷媒のトラッ
プ容積を表している。トラップ容積がほぼ吸入圧力であ
る図１（Ａ）の状態を除いて、トラップ容積は軸方向荷
重すなわちスラスト荷重を、端壁１７にのみかける。ト
ラップ容積が図１（Ａ）の位置から図１（Ｆ）の位置へ
進行するに従って、端壁１７へのスラスト荷重の増加を
伴いながらトラップ容積は減少する。スラスト荷重は、
ロータ２０及びロータ２１を端壁１７から離間させよう
とし、図１（Ａ）〜（Ｆ）から明らかなように、このよ
うに離れることによって、全てのトラップ容積と吐出口
１６の間にリーク通路を生じる可能性がある。上述した
ように、このスラスト荷重は通常スラスト軸受によって
支持されている。本出願人が有する米国特許５，７２
２，１６３号は、スラスト軸受を利用する場合のリーク
の抑制についてのいくつかの困難性を述べている。図２
の構成は、図１に示した構造に対応するものであるが、
流体通路を同時に示し、流体の連通状態を完全に表すた
めに、雄ロータ２０のみを示しており、いくつかの構造
はゆがんで示されている。図１〜５において、１０はス
クリューマシンを示し、特に雄ロータ２０と雌ロータ２
１を有するツインロータ型のスクリュー圧縮機を示して
いる。しかし、本発明は３つ以上のロータを有するスク
リューマシンにも適用することができる。ロータ２０
は、軸部２０−１と、中間の縮小直径部２０−４と、外
側の縮小直径部２０−６とを有する。第１ショルダー２
０−２は軸部２０−１とロータ２０の間に形成されてい
る。第２ショルダー２０−３は軸部２０−１と中間の縮
小直径部２０−４の間に形成され、第３ショルダー２０
−５は軸部２０−４と外側の縮小直径部２０−６の間に
形成されている。軸部２０−４は、ローラ軸受３４の内
側軌道輪３４−１によって支持されている。同様に、ロ
ータ２１は、軸部２１−１と、中間の縮小直径部２１−
４と、外側の縮小直径部２１−６とを備えている。第１
ショルダー２１−２は、軸部２１−１とロータ２１の間
に形成されている。第２ショルダー２１−３は軸部２１
−１と中間の縮小直径部２１−４の間に形成され、第３
ショルダー２１−５は軸部２１−４と外側の縮小直径部
２１−６の間に形成されている。軸部２１−４は、ロー
ラ軸受３５の内側軌道輪３５−１によって支持されてい
る。図４に最も良く示されているように、ロータ２０，
２１とこれらの吐出側の軸部２０−８，２１−８は、ロ
ータハウジング１２内に受け容れられており、かつこの
軸部２０−８，２１−８はローラ軸受３２，３３によっ
てそれぞれ支持されている。図３に最も良く示されてい
るように、軸部２０−１，２１−１は、流入側ケーシン
グ１３内に支持されるように受け容れられ、ローラ軸受
３４，３５によってそれぞれ支持されている。ロータ２
０，２１のうちの一つは駆動ロータであり、これはモー
ター等に接続されている。運転中、冷媒の圧縮機のよう
に、雄ロータ２０が駆動ロータであると仮定すると、ロ
ータ２０はかみ合っているロータ２１を回転させる。こ
の回転するロータ２０，２１の連動により、冷媒ガスが
吸入口１４を介してロータ２０，２１の溝に吸入され
る。ロータ２０，２１は、互いにかみ合って、ガスをト
ラップし、ガスの体積を圧縮し、この圧縮された熱いガ
スを吐出口１６に送る。上述した構成及び作用の大部分
は一般的なものである。図２と図３を主に参照すると、
流入側ケーシング１３は、ローラ軸受３４、３５をそれ
ぞれ収容する先頭ボア１３−１，１３−１ａと、先頭ボ
ア１３−１，１３−１ａからショルダー１３−２，１３
−２ａによってそれぞれ分離された中間ボア１３−３，
１３−３ａと、中間ボア１３−３，１３−３ａからショ
ルダー１３−４，１３−４ａによってそれぞれ分離され
た外側ボア１３−５，１３−５ａとを備えている。本発
明では、軸部２０−６，２１−６の上にそれぞれ位置
し、かつロックナット６０，６１によってショルダー２
０−５，２１−５とそれぞれ密接状態となっているつり
合いディスクつまりピストン５０，５１が付加されてい
る。ロックナット６０，６１は、軸部２０−６，２１−
６のねじ部２０−７, ２１−７に螺合している。つり合
いディスク（ピストン）５０は、ボア１３−３内に収容
されるラビリンスシールを画定する第１直径部分５０−
１と、ボア１３−５内に収容される第２ラビリンスシー
ルを画定する第２拡大直径部分５０−２とを備えてい
る。ピストン５０は、ボア１３−３と軸部２０−４と協
働し、低圧通路１４−１を介し吸入口１４と連通する環
状チャンバー７０を画定している。同様に、つり合いデ
ィスク（ピストン）５１は、ボア１３−３a内に収容さ
れるラビリンスシールを画定する第１直径部分５１−１
と、ボア１３−５a内に収容される第２ラビリンスシー
ルを画定する第２拡大直径部分５１−２とを有してい
る。ピストン５１は、ボア１３−３aと軸部２１−４と
協働し、環状チャンバー７１を画定している。環状チャ
ンバー７１は、前記チャンバー７０と同様に、直接にあ
るいは分岐経路（図示せず）を介し、低圧通路１４−１
を経由して吸入口１４と連通している。カバープレート
７２は、シール状態で流入側ケーシング１３に固定され
ており、ボア１３−５，１３−５aとピストン５０、５
１と協働して、チャンバー８０，８１をそれぞれ画定し
ている。両チャンバー８０，８１は、直接に連通してい
てもよい。チャンバー７０とチャンバー８０は、ラビリ
ンスシール５０−１，５０−２によって流体的に分離さ
れており、その間ではラビリンスシール５０−１，５０
−２を通過するリークのみが僅かに存在する。同様に、
チャンバー７１とチャンバー８１は、ラビリンスシール
５１−１，５１−２によって流体的に分離されており、
その間ではラビリンスシール５１−１，５１−２を通過
するリークのみが僅かに存在する。高圧通路１６−１
は、吐出口１６を流体通路７４に連通させている。流体
通路７４は高圧通路１６−１ひいては吐出口１６をチャ
ンバー８０に連通させており、これによってチャンバー
８０は、公称の吐出圧力に維持される。同様に、流体通
路７４及び分岐通路７４−１は、高圧通路１６−１ひい
ては吐出口１６をチャンバー８１に連通させており、こ
れによってチャンバー８１は公称の吐出圧力に維持され
る。他の実施例として、チャンバー８０とチャンバー８
１とが互いに直接連通しているときには、分岐通路７４
−１は省略される。図２及び図４に示されるように、吐
出圧力はロータ２０，２１の右端に作用し、ロータ２
０，２１を左方に動かして、端壁１７から離そうとす
る。また、図２及び図３に示されるように、ロータ２
０，２１の軸にそれぞれ固定されているつり合いディス
クつまりピストン５０，５１の左側に作用する吐出圧力
は、ロータ２０，２１を右方に移動させようとする。従
ってピストン５０，５１のチャンバー８０，８１に露出
する面積を適当な寸法に設定すれば、吐出圧力によって
発生するスラスト力は相殺され、スラスト軸受が不要と
なる。吸入圧力は、ロータ２０，２１の左端、すなわち
ショルダー２０−２，２１−２にそれぞれ作用し、ロー
タ２０，２１を右方に動かして端壁１５から離そうとす
る。チャンバー７０及びチャンバー７１内の吸入圧力
は、ラビリンスシール５０−１，５０−２を通過してチ
ャンバー７０に入る吐出圧力のリークならびに、ラビリ
ンスシール５１−１，５１−２を通過してチャンバー７
１に入る吐出圧力のリークによって上昇するが、このチ
ャンバー７０，７１内の圧力は、ピストン５０，５１の
右側にそれぞれ作用し、ロータ２０，２１を、ショルダ
ー２０−２，２１−２にそれぞれ作用する圧力と反対に
左方に移動させようとする。ピストン５０，５１におけ
るチャンバー７０，８０，７１，８１内の流体圧力が作
用する面積と、流体圧力が作用するロータ２０，２１の
先端の面積を適当な寸法にすることにより、少なくとも
スラスト軸受が必要とされない程度にまで、スラスト力
を減少させることができる。上述の説明より、流体圧力
が所定の領域に作用することが必要であり、適切に制御
されない場合にはリークの問題が発生することが明らか
である。このような領域の一つはロータ２０，２１の吐
出側の先端である。図１（Ａ）〜（Ｆ）を参照すると、
圧縮過程の異なる段階にある隣接したトラップ容積の間
に、圧力勾配があることが明らかである。ロータ２０，
２１の吐出側の先端へ流体圧力が作用し易くするため
に、ロータ２０，２１の凸部は、この吐出側先端におい
て傾斜しており、つまり斜面となっている。特に図４と
図５に示すように、ロータ２０，２１の凸部の先端の表
面２０―ａ、２１−ａは、端壁１７に対する該表面２０
―ａ、２１−ａの最大深さがロータの回転方向に沿った
ものとなるように、角度αで傾斜している。このように
吐出側の流体圧力が表面２０―ａ，２１−ａに作用し易
くなることに加えて、表面２０―ａ，２１−ａが傾斜し
ていることによって、ロータの回転中、表面２０―ａ，
２１−ａを端壁１７の対向面に対して分離するとともに
シールする流体力学的な油膜が発生する。角度αは、１
°よりも小さく、およそ２０〜３０分が望ましい。本発
明は、好適な実施例により開示され説明されたが、当業
者は他に変更を加えることができるだろう。例えば、本
発明は３つのロータのスクリュー圧縮機に適用できる。
さらに、スラストのつり合いディスクは雄ロータにの
み、または雌ロータにのみ、または全てのロータに使用
できる。従って、本発明は請求項の範囲にのみ制限され
る。
０はスクリューマシン１０における外被を外された雄ロ
ーターを表し、２１は外被を外された雌ローターを表し
ている。軸方向の吸入口１４は端壁１５に配置され、軸
方向の吐出口１６は端壁１７に配置されている。図１
（Ａ）〜（Ｆ）の点を施した部分は、図１（Ａ）の吸入
口１４の遮断から始まって、図１（F）の軸方向の吐出
口１６と連通する直前の位置まで進行する冷媒のトラッ
プ容積を表している。トラップ容積がほぼ吸入圧力であ
る図１（Ａ）の状態を除いて、トラップ容積は軸方向荷
重すなわちスラスト荷重を、端壁１７にのみかける。ト
ラップ容積が図１（Ａ）の位置から図１（Ｆ）の位置へ
進行するに従って、端壁１７へのスラスト荷重の増加を
伴いながらトラップ容積は減少する。スラスト荷重は、
ロータ２０及びロータ２１を端壁１７から離間させよう
とし、図１（Ａ）〜（Ｆ）から明らかなように、このよ
うに離れることによって、全てのトラップ容積と吐出口
１６の間にリーク通路を生じる可能性がある。上述した
ように、このスラスト荷重は通常スラスト軸受によって
支持されている。本出願人が有する米国特許５，７２
２，１６３号は、スラスト軸受を利用する場合のリーク
の抑制についてのいくつかの困難性を述べている。図２
の構成は、図１に示した構造に対応するものであるが、
流体通路を同時に示し、流体の連通状態を完全に表すた
めに、雄ロータ２０のみを示しており、いくつかの構造
はゆがんで示されている。図１〜５において、１０はス
クリューマシンを示し、特に雄ロータ２０と雌ロータ２
１を有するツインロータ型のスクリュー圧縮機を示して
いる。しかし、本発明は３つ以上のロータを有するスク
リューマシンにも適用することができる。ロータ２０
は、軸部２０−１と、中間の縮小直径部２０−４と、外
側の縮小直径部２０−６とを有する。第１ショルダー２
０−２は軸部２０−１とロータ２０の間に形成されてい
る。第２ショルダー２０−３は軸部２０−１と中間の縮
小直径部２０−４の間に形成され、第３ショルダー２０
−５は軸部２０−４と外側の縮小直径部２０−６の間に
形成されている。軸部２０−４は、ローラ軸受３４の内
側軌道輪３４−１によって支持されている。同様に、ロ
ータ２１は、軸部２１−１と、中間の縮小直径部２１−
４と、外側の縮小直径部２１−６とを備えている。第１
ショルダー２１−２は、軸部２１−１とロータ２１の間
に形成されている。第２ショルダー２１−３は軸部２１
−１と中間の縮小直径部２１−４の間に形成され、第３
ショルダー２１−５は軸部２１−４と外側の縮小直径部
２１−６の間に形成されている。軸部２１−４は、ロー
ラ軸受３５の内側軌道輪３５−１によって支持されてい
る。図４に最も良く示されているように、ロータ２０，
２１とこれらの吐出側の軸部２０−８，２１−８は、ロ
ータハウジング１２内に受け容れられており、かつこの
軸部２０−８，２１−８はローラ軸受３２，３３によっ
てそれぞれ支持されている。図３に最も良く示されてい
るように、軸部２０−１，２１−１は、流入側ケーシン
グ１３内に支持されるように受け容れられ、ローラ軸受
３４，３５によってそれぞれ支持されている。ロータ２
０，２１のうちの一つは駆動ロータであり、これはモー
ター等に接続されている。運転中、冷媒の圧縮機のよう
に、雄ロータ２０が駆動ロータであると仮定すると、ロ
ータ２０はかみ合っているロータ２１を回転させる。こ
の回転するロータ２０，２１の連動により、冷媒ガスが
吸入口１４を介してロータ２０，２１の溝に吸入され
る。ロータ２０，２１は、互いにかみ合って、ガスをト
ラップし、ガスの体積を圧縮し、この圧縮された熱いガ
スを吐出口１６に送る。上述した構成及び作用の大部分
は一般的なものである。図２と図３を主に参照すると、
流入側ケーシング１３は、ローラ軸受３４、３５をそれ
ぞれ収容する先頭ボア１３−１，１３−１ａと、先頭ボ
ア１３−１，１３−１ａからショルダー１３−２，１３
−２ａによってそれぞれ分離された中間ボア１３−３，
１３−３ａと、中間ボア１３−３，１３−３ａからショ
ルダー１３−４，１３−４ａによってそれぞれ分離され
た外側ボア１３−５，１３−５ａとを備えている。本発
明では、軸部２０−６，２１−６の上にそれぞれ位置
し、かつロックナット６０，６１によってショルダー２
０−５，２１−５とそれぞれ密接状態となっているつり
合いディスクつまりピストン５０，５１が付加されてい
る。ロックナット６０，６１は、軸部２０−６，２１−
６のねじ部２０−７, ２１−７に螺合している。つり合
いディスク（ピストン）５０は、ボア１３−３内に収容
されるラビリンスシールを画定する第１直径部分５０−
１と、ボア１３−５内に収容される第２ラビリンスシー
ルを画定する第２拡大直径部分５０−２とを備えてい
る。ピストン５０は、ボア１３−３と軸部２０−４と協
働し、低圧通路１４−１を介し吸入口１４と連通する環
状チャンバー７０を画定している。同様に、つり合いデ
ィスク（ピストン）５１は、ボア１３−３a内に収容さ
れるラビリンスシールを画定する第１直径部分５１−１
と、ボア１３−５a内に収容される第２ラビリンスシー
ルを画定する第２拡大直径部分５１−２とを有してい
る。ピストン５１は、ボア１３−３aと軸部２１−４と
協働し、環状チャンバー７１を画定している。環状チャ
ンバー７１は、前記チャンバー７０と同様に、直接にあ
るいは分岐経路（図示せず）を介し、低圧通路１４−１
を経由して吸入口１４と連通している。カバープレート
７２は、シール状態で流入側ケーシング１３に固定され
ており、ボア１３−５，１３−５aとピストン５０、５
１と協働して、チャンバー８０，８１をそれぞれ画定し
ている。両チャンバー８０，８１は、直接に連通してい
てもよい。チャンバー７０とチャンバー８０は、ラビリ
ンスシール５０−１，５０−２によって流体的に分離さ
れており、その間ではラビリンスシール５０−１，５０
−２を通過するリークのみが僅かに存在する。同様に、
チャンバー７１とチャンバー８１は、ラビリンスシール
５１−１，５１−２によって流体的に分離されており、
その間ではラビリンスシール５１−１，５１−２を通過
するリークのみが僅かに存在する。高圧通路１６−１
は、吐出口１６を流体通路７４に連通させている。流体
通路７４は高圧通路１６−１ひいては吐出口１６をチャ
ンバー８０に連通させており、これによってチャンバー
８０は、公称の吐出圧力に維持される。同様に、流体通
路７４及び分岐通路７４−１は、高圧通路１６−１ひい
ては吐出口１６をチャンバー８１に連通させており、こ
れによってチャンバー８１は公称の吐出圧力に維持され
る。他の実施例として、チャンバー８０とチャンバー８
１とが互いに直接連通しているときには、分岐通路７４
−１は省略される。図２及び図４に示されるように、吐
出圧力はロータ２０，２１の右端に作用し、ロータ２
０，２１を左方に動かして、端壁１７から離そうとす
る。また、図２及び図３に示されるように、ロータ２
０，２１の軸にそれぞれ固定されているつり合いディス
クつまりピストン５０，５１の左側に作用する吐出圧力
は、ロータ２０，２１を右方に移動させようとする。従
ってピストン５０，５１のチャンバー８０，８１に露出
する面積を適当な寸法に設定すれば、吐出圧力によって
発生するスラスト力は相殺され、スラスト軸受が不要と
なる。吸入圧力は、ロータ２０，２１の左端、すなわち
ショルダー２０−２，２１−２にそれぞれ作用し、ロー
タ２０，２１を右方に動かして端壁１５から離そうとす
る。チャンバー７０及びチャンバー７１内の吸入圧力
は、ラビリンスシール５０−１，５０−２を通過してチ
ャンバー７０に入る吐出圧力のリークならびに、ラビリ
ンスシール５１−１，５１−２を通過してチャンバー７
１に入る吐出圧力のリークによって上昇するが、このチ
ャンバー７０，７１内の圧力は、ピストン５０，５１の
右側にそれぞれ作用し、ロータ２０，２１を、ショルダ
ー２０−２，２１−２にそれぞれ作用する圧力と反対に
左方に移動させようとする。ピストン５０，５１におけ
るチャンバー７０，８０，７１，８１内の流体圧力が作
用する面積と、流体圧力が作用するロータ２０，２１の
先端の面積を適当な寸法にすることにより、少なくとも
スラスト軸受が必要とされない程度にまで、スラスト力
を減少させることができる。上述の説明より、流体圧力
が所定の領域に作用することが必要であり、適切に制御
されない場合にはリークの問題が発生することが明らか
である。このような領域の一つはロータ２０，２１の吐
出側の先端である。図１（Ａ）〜（Ｆ）を参照すると、
圧縮過程の異なる段階にある隣接したトラップ容積の間
に、圧力勾配があることが明らかである。ロータ２０，
２１の吐出側の先端へ流体圧力が作用し易くするため
に、ロータ２０，２１の凸部は、この吐出側先端におい
て傾斜しており、つまり斜面となっている。特に図４と
図５に示すように、ロータ２０，２１の凸部の先端の表
面２０―ａ、２１−ａは、端壁１７に対する該表面２０
―ａ、２１−ａの最大深さがロータの回転方向に沿った
ものとなるように、角度αで傾斜している。このように
吐出側の流体圧力が表面２０―ａ，２１−ａに作用し易
くなることに加えて、表面２０―ａ，２１−ａが傾斜し
ていることによって、ロータの回転中、表面２０―ａ，
２１−ａを端壁１７の対向面に対して分離するとともに
シールする流体力学的な油膜が発生する。角度αは、１
°よりも小さく、およそ２０〜３０分が望ましい。本発
明は、好適な実施例により開示され説明されたが、当業
者は他に変更を加えることができるだろう。例えば、本
発明は３つのロータのスクリュー圧縮機に適用できる。
さらに、スラストのつり合いディスクは雄ロータにの
み、または雌ロータにのみ、または全てのロータに使用
できる。従って、本発明は請求項の範囲にのみ制限され
る。
【図１】（Ａ）〜（Ｆ）はスクリューのロータを示し、
吸入口の遮断から吐出するまでの間のトラップ容積の動
きを示す説明図。
吸入口の遮断から吐出するまでの間のトラップ容積の動
きを示す説明図。
【図２】本発明に係るスクリューマシンの部分的な断面
図。
図。
【図３】図２におけるスクリューマシンの吸入側の先端
部分の拡大図。
部分の拡大図。
【図４】図２におけるスクリューマシンの吐出側の先端
部分の拡大図。
部分の拡大図。
【図５】図４におけるロータの吐出側の先端を示す正面
図。
図。
１０…スクリューマシン １２…ロータハウジング １３…流入側ケーシング １３−１，１３−１a…先頭ボア １３−２，１３−２a…ショルダー １３−３，１３−３a…中間ボア １３−４，１３−４a…ショルダー １３−５，１３−５a…外側ボア １４…吸入口 １４−１…低圧通路 １５…端壁 １６…吐出口 １６−１…高圧通路 １７…端壁 ２０…雄ロータ ２０−１…軸部 ２０−２…第１ショルダー ２０−３…第２ショルダー ２０−４…縮小直径部 ２０−５…第３ショルダー ２０−６…縮小直径部 ２０−７…ねじ部 ２０−８…軸部 ２０−a…凸部先端表面 ２１…雌ロータ ２１−１…軸部 ２１−２…第１ショルダー ２１−３…第２ショルダー ２１−４…縮小直径部 ２１−５…第３ショルダー ２１−６…縮小直径部 ２１−７…ねじ部 ２１−８…軸部 ２１−a…凸部先端表面 ３２…ローラ軸受 ３３…ローラ軸受 ３４…ローラ軸受 ３４−１…内側軌道輪 ３５…ローラ軸受 ３５−１…内側軌道輪 ５０，５１…つり合いディスク（ピストン） ５０−１…第１直径部分 ５０−２…第２拡大直径部分 ５１−１…第１直径部分 ５１−２…第２拡大直径部分 ６０，６１…ロックナット ７０，７１…チャンバー ７４…流体通路 ７４−１…分岐通路 ８０，８１…チャンバー
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−79295（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−81590（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−199689（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−129894（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F04C 18/16 F04C 23/00 - 29/10 331
Claims (8)
- 【請求項１】 スクリューマシン（１０）であって、前
記スクリューマシンはロータハウジングと、前記ロータ
ハウジングに固定された流入側ケーシング（１３）と、
前記ロータハウジング内に配置され、かつ第１の端部と
第２の端部を有するとともに、前記流入側ケーシング内
に延びた軸部（２０−１，２０−２）を有する互いに連
結した一組のロータ（２０，２１）と、前記ロータを支
持する軸受（３２，３３，３４，３５）と、吸入圧力に
ある気体を前記ロータに供給する手段（１４）と、吐出
圧力にある圧縮された気体を前記ロータから吐出する手
段（１６）と、を備え、吐出圧力にある気体が各ロータ
の第１の端部に作用して、各ロータを第１の方向に移動
させようとするスクリューマシンにおいて、 前記ロータのうちの少なくとも一方に力を加えて該ロー
タを第１の方向とは反対の第２の方向に移動させようと
するスラスト平衡構造を備え、前記スラスト平衡構造
は、 前記一方のロータのそれぞれの軸部に一体に配置され、
かつ流体圧力に反応する圧力反応手段（５０，５１）を
備え、 この圧力反応手段は、第１直径部分および第２直径部分
を有しており、前記第１直径部分は、シールされた第１
シールドチャンバー（８０，８１）の一部を形成すると
ともに、該第１シールドチャンバーに露出された第１の
表面を有し、流体圧力が前記第１の表面に作用して前記
一方のロータを前記第２の方向に移動させるようになっ
ており、前記第２直径部分は、前記第１の表面から離間
した第２の表面を備えており、前記第１の表面に作用す
る流体圧力が、前記第２の表面に作用する流体圧力に対
抗するようになっており、前記第２の表面はシールされ
た第２シールドチャンバー（７０，７１）の一部を形成
しており、 さらに、前記スラスト平衡構造は、吐出圧力にある気体
を前記第１シールドチャンバーに供給する手段（７４，
７４−１）と、前記第２シールドチャンバーに吸入圧力
にある気体を供給する手段（１４−１）と、を備えてい
ることを特徴とするスクリューマシン。 - 【請求項２】 ラビリンスシール手段（５０−１，５０
−２，５１−１，５１−２）が前記第１シールドチャン
バーと前記第２シールドチャンバーとの間に配置されて
いることを特徴とする請求項１記載のスクリューマシ
ン。 - 【請求項３】 前記一方のロータにおける前記第１の端
部（２０−ａ，２１−ａ）は傾斜していることを特徴と
する請求項１記載のスクリューマシン。 - 【請求項４】 前記第１の端部の傾斜は角度が１°より
も小さいことを特徴とする請求項３記載のスクリューマ
シン。 - 【請求項５】 さらに、前記ロータのうちの第２のロー
タに前記第２の方向に作用する力を与えるスラスト平衡
構造を備え、前記第２のロータのための前記スラスト平
衡構造は、 前記第２のロータのそれぞれの軸部に一体に配置され、
かつ流体圧力に反応する第２の圧力反応手段を備え、 この第２の圧力反応手段は、シールされた第３シールド
チャンバーの一部を形成するとともに、前記第３シール
ドチャンバーに露出する第１の表面を有し、前記第１の
表面に作用する流体圧力が前記第２のロータを前記第２
の方向に移動させるようになっており、 さらに、吐出圧力にある気体を前記第３シールドチャン
バーに供給する手段を備えていることを特徴とする請求
項１記載のスクリューマシン。 - 【請求項６】 前記第２の圧力反応手段は、前記第１
の表面から離間した第２の表面を備えており、前記第１
の表面に作用する流体圧力が、前記第２の表面に作用す
る流体圧力に対抗するようになっており、 前記第２の圧力反応手段の前記第２の表面はシールされ
た第４シールドチャンバーの一部を形成しており、 さらに、前記第４シールドチャンバーに吸入圧力にある
気体を供給する手段を備えていることを特徴とする請求
項５記載のスクリューマシン。 - 【請求項７】 前記第２のロータの前記第１の端部は
傾斜していることを特徴とする請求項５記載のスクリュ
ーマシン。 - 【請求項８】 前記第１の端部の傾斜は角度が１°より
も小さいことを特徴とする請求項７記載のスクリューマ
シン。
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