JP3267814B2 - オイルフリースクリュー圧縮機 - Google Patents
オイルフリースクリュー圧縮機Info
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-
- 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
- F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
- F04C18/082—Details specially related to intermeshing engagement type pumps
- F04C18/084—Toothed wheels
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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- Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
Description
ー圧縮機のロータの表面に設けられる皮膜に関し、特に
高信頼性、長寿命の皮膜を有するオイルフリースクリュ
ー圧縮機に関する。
されるように、オイルフリースクリュー圧縮機のロータ
に二硫化モリブデン等の材料を主体とする皮膜を設ける
ことは公知である。
ー圧縮機においてはその圧縮途中に潤滑や冷却のための
潤滑油等を使用しないために、運転中の吐出しガス温度
は単段機では300から400℃に、2段機でも200
℃以上の高温になる。ロータの表面に設けられる皮膜
は、運転中の複雑な熱膨張や機械加工誤差によって、ロ
ータの表面が接触することがあっても、焼付きや、かじ
り等の現象が発生することを防止すること、並びにロー
タ間の隙間を小さくすることを目的としていた。
期の目的を継続的に発揮させることは、温度や腐食成分
などの使用環境によりばらつきが発生し品質的に安定さ
せることは困難であり、膜厚の減少や、皮膜の剥離によ
って、性能の低下や、吐出ガス温度の上昇などの問題を
発生することがあった。
0から400℃の高温となるため固体潤滑剤の性能とし
ても、またそれらを保持する結合剤の性能としても長期
間にわたって初期の目的を達成させることには困難が伴
う。
圧縮機のロータ表面に設けられる皮膜の性能としては、
下記の項目が上げられる (1)耐熱性 (2)耐摩耗性 (3)潤滑性 (4)耐食性 (5)密着性 上記の項目は単独ではなく、密接に関連して性能を発揮
するものであり、これらの項目全てにおいて優れた皮膜
を生成することは、非常に困難である。
られる皮膜に要求される特性が、全表面にわたって一様
ではないことを見出し、ロータの吸入側から、吐出側に
向かって性状の異なる皮膜を設けることによって上記の
問題を解決できるようにした。
成するのではなく、加熱温度によって性質が変化する皮
膜をロータ表面に設けることにより、圧縮機の運転によ
ってロータ表面の皮膜がさらされる温度分布、あるいは
温度勾配に応じて、スクリューロータの吸入側から吐出
側に向けて徐々にその特性が変化するようにした。オイ
ルフリースクリュー圧縮機のロータ上に設けられる皮膜
に対し、最適な性質を安価な材質、容易な生成法で、長
寿命かつ信頼性の高いものにするため、本発明によるオ
イルフリースクリュー圧縮機は、ポリアミドイミド樹脂
と少なくとも二硫化モリブデンを含む固形分との混合物
を溶剤溶液と混合することで前記樹脂を溶解して均一な
固体潤滑剤溶液を作製し、該固体潤滑剤溶液を金属製ロ
ータ表面に塗布してほぼ均一な厚みの皮膜を形成し、該
皮膜形成後に200℃ないし250℃の温度で所定時間
加熱することにより、前記ロータの吸入側においてロー
タを保護する耐食性を有するものとし、前記ロータが圧
縮機に組込まれた後吐出ガスによる高温の運転温度で加
熱することにより、前記ロータの吐出側において金属性
ロータとの密着性及び耐摩耗性を有するものとしたこと
を特徴とするものである。
に固体潤滑剤を均一に分散させた皮膜を設ける。この皮
膜には常温から200℃程度の温度領域では緻密で水分
の侵入や腐食成分がロータの素地金属に接触するのを確
実に防止できる性質を与えておく。さらにこの皮膜には
200℃から400℃の温度によって徐々にその強度が
増加し、素地金属との密着性が増加し、さらに固体潤滑
剤を強固に保持してその酸化を防止する性質を付与して
おく。ただし吸入側に要求されるような耐蝕皮膜として
の性質はある程度失われても良いものとする。こうする
ことによって、運転中のオイルフリースクリュー圧縮機
のロータの表面に求められる最適の性質が実現される。
する。図1はオイルフリースクリュー圧縮機の本体断面
図である。吸込気体の圧縮は1対のねじれた歯溝を持つ
スクリューロータ1,2の噛み合いによってその容積を
減じられ圧力が上昇して吐出される。この間の圧縮工程
においてロータ1,2の間には冷却、潤滑、シールを目
的とした潤滑油はいっさい噴射されないため、吐出され
る気体は、例えば空気を大気圧から7kgf/cm2 g
まで単段で圧縮した場合、300℃以上の高温になる。
一般にこれらのスクリューロータの表面には固体潤滑剤
を含む皮膜が設けられて、ロータ間のクリアランスを極
小に抑えるとともに、万が一のロータの接触時にもロー
タどうしが焼き付くことの無いようにしている。
れ、焼き付けられて生成されているが、吐出側の高温気
体に触れる部分では固体潤滑剤の酸化と、固体潤滑剤を
ロータ金属表面に保持密着させる結合剤(バインダー)
の強度低下を招き、徐々に皮膜が薄くなったり、剥離し
たりという現象が発生し易い。
膜厚を均一に生成する作業の容易性からして、有機系の
樹脂結合剤に固体潤滑剤を分散させたものを使用するこ
とが多い。単に皮膜の耐熱強度を上昇させるためだけで
あれば樹脂を無機系にするなどの手段や、固体潤滑剤の
種類をさらに酸化開始温度の高いものにするなどの手段
が考えられるが、潤滑性、耐摩耗性、作業性(皮膜を均
一に生成する上での)の面で、全ての用件を満たすもの
を探し出すことは極めて困難である。
皮膜に対して、その軸方向に対し、図2のような特性を
持たせる。即ち、比較的気体の温度が低く、従ってロー
タ同士の熱膨張の度合いも小さく接触、かじりの心配も
少ない吸入側には、高い潤滑性や、耐摩耗性は要求しな
い皮膜とする。ただし吸入側の吸込気体に存在する腐食
成分や、特に2段式圧縮機の高圧段に使用されるときの
ように、中間冷却器で凝縮水が発生し、その吸込気体の
相対湿度100%になるような場合のことを考慮し、皮
膜は高い耐食性を有する緻密で、あるいはまた撥水性を
有する皮膜とする。
の吐出側の皮膜では、最も皮膜どうしの接触の可能性は
高く、かつ皮膜が摩耗、損傷したときの性能の低下は著
しいため、この部分の皮膜には、高い素地金属との密着
性と、潤滑性、耐摩耗性を保有させる。しかしこの領域
では、高温になるため凝縮水が発生せず、したがって吸
入側で要求されるような耐食性は与えない。
い吸入側では密着性、潤滑性、耐摩耗性が十分な値とな
らない場合もあるため、皮膜を形成したロータを圧縮機
に組込む前にロータ中間部(吸入側と吐出側)に相当す
る温度にまで加熱しておく。これによって特性は図2内
の点線の如く更に改善できる。
組立前に一定温度でロータを加熱処理し、さらには、組
立、実機運転後に実際にロータ表面の皮膜がさらされる
温度によってその性質が向上するようにできる。
「部」と略す)にMoS2 6.0部グラファイト1.5
部、その他固形添加材2.5部を均一に混合した。
樹脂と上記固形分の混合物を混合し、ポリアミドイミド
樹脂を溶剤に溶解させると共に、均一な固体潤滑剤溶液
を作製した。
加熱処理した試験片について摩擦係数が0.3になるま
での総回転数をピンオンディスク試験機で実測すること
により、潤滑性を測定した。
品は、加熱温度の上昇につれて潤滑性は向上することが
分かる。特に約300℃を越えると、その上昇傾向は飛
躍的である。
ムスラ摩耗試験機における摩耗開始時間によって比較し
示した。
て摩耗開始時間が短くなる、つまり耐摩耗性が低下する
のに対し、本発明品は加熱温度の上昇につれ急速に耐摩
耗性が向上する。300℃に加熱した場合について両者
を比較すると、本発明品の摩耗粉が発生するまでの時間
は、従来品の約180倍であり、本発明品は極めて良好
な摩耗特性を示している。
塩水噴霧試験によって皮膜表面に錆が発生するまでの時
間を測定した結果を示す。200℃以下の加熱温度では
極めて良好な耐食性を示すがそれ以上の温度領域では徐
々に耐食性が低下することがわかる。
によって加熱されるほど潤滑性や耐摩耗性など固体潤滑
剤に要求される重要な特性が低下するという欠点を、耐
食性を多少犠牲にすることにより大幅に改善できたもの
である。
必要とされるロータ吐出側の皮膜は圧縮機、特に気体の
温度が360℃程度まで上昇する単段オイルフリースク
リュー圧縮機の運転によって生ずる高温によって、塗布
によって形成された皮膜に対して極めて耐久性の高い皮
膜に変化させることができる。
に変化させることができることを示しており、“自己強
化形”の固体潤滑剤と言うことができる。
00℃以上に加熱し、ロータ全体を耐摩耗性、潤滑性の
優れた状態にしておけば良いとも考えられるが、図5に
示すとおり、250℃以上の温度では耐食性が低下して
くる。
の潤滑皮膜を設けていない金属素地部の表面酸化がはじ
まり、この部分の耐食性も著しく低下してくる。
後、約200〜250℃の温度で加熱しておき、皮膜全
体の特性を耐食性の低下しない範囲内で一定のレベルま
で改善しておき、それ以上の温度条件になる吐出側領域
は圧縮機として組込まれた後の運転温度によってその特
性を改善させるのが良い。これによって得られるロータ
軸方向の潤滑皮膜の特性は図6のようになる。
を述べる。
S2 などの固体潤滑剤を1:1の割合に均一に混合す
る。次にジメチルホルムアミドの溶液70重量部(以下
「部」と略す)と、上記樹脂と上記固形分の混合物を混
合し、ポリアミドイミド樹脂を溶剤に溶解させると共
に、均一な固体潤滑剤溶液を作製する。
滑剤」と略す)を単段オイルフリースクリュー圧縮機用
ロータの歯形部及びその端面に約20μmの厚さに均一
に塗布した。その後約250℃で約2H加熱しロータの
歯形表面に固体潤滑剤皮膜層を形成させ、その後このロ
ータ1セットを組み込んだ圧縮機を約4年間駆動に相当
する10万回ON−OFFテストを行ったところ、高性
能下で順調な運転が継続された。
潤滑剤を塗布した表面層を観察したが、従来品の固体潤
滑剤に見られた吐出側の高温下での変色層(耐熱性)、
摩耗現象、及び吸入側での発銹現象は全く認められなか
った。また、潤滑性、密着性も良好であった。
術的卓越性が立証された。
にMoS2 粉末6.0部、グラファイト1.5部その他
の添加材2.5部を均一に混合する。
リースクリュー圧縮機用のF(おす)及びM(めす)ロ
ータの歯形部及びその端面に約20μmの厚さに均一に
塗布した。
の歯形面及び端面に強固な皮膜を形成させた。スクリュ
ー圧縮機のF、M両ロータの歯形部及びその端面部に固
体潤滑剤皮膜を形成させ、その後このロータ2セットを
組み込んだコンプレッサを1年間駆動させたところ、高
性能下で順調な運転が継続された。
体潤滑剤を塗布した表面層を観察したが、従来品の固体
潤滑剤に見られた吐出側の高温下での摩耗現象及び吸入
側での発銹現象は全く認められなかった。
的卓越性が立証された。
ー圧縮機のロータ上に設けられる皮膜に対し、最適な性
質を安価な材質、容易な生成法で、長寿命かつ信頼性の
高いものにすることができる。
滑特性図。
摩耗特性図。
受 5…スラスト軸受 6…タイミング
ギヤ 7…ピニオンギヤ
Claims (2)
- 【請求項1】 ポリアミドイミド樹脂と少なくとも二硫
化モリブデンを含む固形分との混合物を溶剤溶液と混合
することで前記樹脂を溶解して均一な固体潤滑剤溶液を
作製し、該固体潤滑剤溶液を金属製ロータ表面に塗布し
てほぼ均一な厚みの皮膜を形成し、該皮膜形成後に20
0℃ないし250℃の温度で所定時間加熱することによ
り、前記ロータの吸入側においてロータを保護する耐食
性を有するものとし、前記ロータが圧縮機に組込まれた
後吐出ガスによる高温の運転温度で加熱することによ
り、前記ロータの吐出側において金属性ロータとの密着
性及び耐摩耗性を有するものとしたことを特徴とするオ
イルフリースクリュー圧縮機。 - 【請求項2】 前記ロータが吐出ガス温度が300℃以
上となる単段のオイルフリースクリュー圧縮機に用いら
れていることを特徴とする請求項1に記載のオイルフリ
ースクリュー圧縮機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23309094A JP3267814B2 (ja) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | オイルフリースクリュー圧縮機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23309094A JP3267814B2 (ja) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | オイルフリースクリュー圧縮機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0893670A JPH0893670A (ja) | 1996-04-09 |
JP3267814B2 true JP3267814B2 (ja) | 2002-03-25 |
Family
ID=16949635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23309094A Expired - Lifetime JP3267814B2 (ja) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | オイルフリースクリュー圧縮機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3267814B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9944880B2 (en) | 2010-10-26 | 2018-04-17 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. | Oil-free screw compressor coated with a base resin, a solid lubricant and a heat-resistant additive |
-
1994
- 1994-09-28 JP JP23309094A patent/JP3267814B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9944880B2 (en) | 2010-10-26 | 2018-04-17 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. | Oil-free screw compressor coated with a base resin, a solid lubricant and a heat-resistant additive |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0893670A (ja) | 1996-04-09 |
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