JP4062443B2 - Screw compression device - Google Patents

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Description

本発明は、ガス流体を高圧に圧縮するスクリュー圧縮機に係わり、特に蒸気圧縮冷凍サイクルにおいてCOを冷媒として超臨界域を含む高圧の冷凍サイクルを行う場合のスクリュー圧縮機において、運転停止時に該スクリュー圧縮機のロータ軸受に運転時とは逆方向に過大なスラスト力がかかることを防止したスクリュー圧縮装置に関する。 The present invention relates to a screw compressor that compresses a gas fluid to a high pressure, and particularly in a screw compressor that performs a high-pressure refrigeration cycle including a supercritical region using CO 2 as a refrigerant in a vapor compression refrigeration cycle, The present invention relates to a screw compressor that prevents an excessive thrust force from being applied to a rotor bearing of a screw compressor in a direction opposite to that during operation.

従来のスクリュー圧縮機の概略構成を示す図3において、ロータケーシング1に互いに噛合う雌ロータ〈不図示〉と共に収納された雄ロータ2の吐出側ロータ軸3及び吸込側ロータ軸3’はそれぞれ吐出側軸受ケーシング4及び吸込側軸受ケーシング5にラジアル軸受6及び7を介して軸受支持されている。吐出側にはさらにスラスト軸受8が設けられて前記雄ロータに掛かるスラスト力が受けられる。前記吐出側ロータ軸3は、シールケーシング9に設けられたメカニカルシール11によって外部から軸封されて外部へ突出しており、該突出部に圧縮機を駆動する図示しない駆動機が連結される。前記メカニカルシール11は、前記吐出側ロータ軸3に固定されたシャフトシールカラー12、シールケーシング9側に装着されたシールリング13とこれらをシールリングに対して付勢するスプリング14等からなる。前記吸込側ロータ軸3’の端部にはバランスピストン15が設けられ、該バランスピストン15は前記吸入側軸受ケーシング5に設けられた凹所16に挿入されてバランス室41が形成されている。   In FIG. 3 which shows schematic structure of the conventional screw compressor, the discharge-side rotor shaft 3 and the suction-side rotor shaft 3 ′ of the male rotor 2 housed together with the female rotor (not shown) meshing with the rotor casing 1 are respectively discharged. Bearings are supported on the side bearing casing 4 and the suction side bearing casing 5 via radial bearings 6 and 7. A thrust bearing 8 is further provided on the discharge side to receive a thrust force applied to the male rotor. The discharge-side rotor shaft 3 is shaft-sealed from the outside by a mechanical seal 11 provided in a seal casing 9 and protrudes to the outside, and a driving machine (not shown) that drives the compressor is connected to the protrusion. The mechanical seal 11 includes a shaft seal collar 12 fixed to the discharge-side rotor shaft 3, a seal ring 13 mounted on the seal casing 9 side, and a spring 14 that urges these against the seal ring. A balance piston 15 is provided at the end of the suction side rotor shaft 3 ′, and the balance piston 15 is inserted into a recess 16 provided in the suction side bearing casing 5 to form a balance chamber 41.

前記吸込側軸受ケーシング5にはガス流体の流入通路〈不図示〉が、吐出側軸受ケーシング4には圧縮されたガス流体の流出通路(不図示)が設けられている。圧縮されるガス流体(冷媒ガス)は流入ライン17を通って逆止弁18を介してロータ室に吸込まれ、互いに噛合う雄、雌ロータにより圧縮されたガス流体は吐出路19から油分離器20に入り、ここで冷媒ガスは潤滑油が分離されて逆止弁21を介して送出ライン22に送出される。(前記流入ライン17及び吐出路19は便宜上ロータ端面部につながるように表示した。)前記流入ライン17及び送出ライン22はそれぞれ冷凍サイクルの低圧側及び高圧側に連結される。前記油分離器20で冷媒から分離された潤滑油は軸受給油ライン31を介して前記ラジアル軸受6、7、及びメカニカルシール11に潤滑油として供給される。一方、前記バランスピストン15の背後のバランス室41は管路44を介して油分離器20に連通される。或は、前記軸受給油ライン31を介して油分離器20の底部に溜まった潤滑油に連通される。したがって、運転中は前記バランス室41は吐出圧に保たれる。バランスピストン15から及びラジアル軸受7から吸込側軸受ケーシング5の部屋42に漏出した潤滑油及びラジアル軸受6、スラスト軸受8、メカニカルシールを潤滑して吐出側の軸受ケーシング4とシールケーシング9の間の部屋43に漏出した潤滑油は、ロータ給油ラインを介してロータ室にロータ潤滑のために供給される。   The suction side bearing casing 5 is provided with a gas fluid inflow passage (not shown), and the discharge side bearing casing 4 is provided with a compressed gas fluid outflow passage (not shown). The compressed gas fluid (refrigerant gas) is sucked into the rotor chamber through the inflow line 17 via the check valve 18, and the gas fluid compressed by the male and female rotors engaged with each other is discharged from the discharge passage 19 to the oil separator. The refrigerant gas is sent to the delivery line 22 through the check valve 21 after the lubricating oil is separated. (The inflow line 17 and the discharge path 19 are displayed so as to be connected to the rotor end face for convenience.) The inflow line 17 and the delivery line 22 are connected to the low-pressure side and the high-pressure side of the refrigeration cycle, respectively. The lubricating oil separated from the refrigerant by the oil separator 20 is supplied as a lubricating oil to the radial bearings 6 and 7 and the mechanical seal 11 through a bearing oil supply line 31. On the other hand, the balance chamber 41 behind the balance piston 15 communicates with the oil separator 20 via a pipe 44. Alternatively, it is communicated with the lubricating oil accumulated at the bottom of the oil separator 20 via the bearing oil supply line 31. Therefore, the balance chamber 41 is kept at the discharge pressure during operation. Lubricating oil leaked from the balance piston 15 and the radial bearing 7 into the chamber 42 of the suction-side bearing casing 5 and the radial bearing 6, the thrust bearing 8, and the mechanical seal are lubricated to lubricate between the discharge-side bearing casing 4 and the seal casing 9. The lubricating oil leaked into the chamber 43 is supplied to the rotor chamber via the rotor oil supply line for rotor lubrication.

スクリュー圧縮機の運転中は、ロータ室内ではガス流体はロータの回転に従って吸込側(図における左側)から吐出側(図における右側)へ圧縮されるので、ロータには吐出側から吸込側に向かうスラスト力Fが作用する。このスラスト力Fを緩和するために前記バランスピストン15が吸込側ロータ軸端に設けられている。前記部屋42、43はロータ給油ライン32を介して連通していて吸込圧よりも若干高い圧力に保たれ、該圧力は吐出圧力が供給される前記バランス室41の圧力よりも低いので、該バランスピストンに作用する力は前記スラスト力Fと反対方向に作用するから前記スラスト力Fは緩和されるのである。   During operation of the screw compressor, the gas fluid is compressed in the rotor chamber from the suction side (left side in the figure) to the discharge side (right side in the figure) according to the rotation of the rotor. Force F acts. In order to relieve the thrust force F, the balance piston 15 is provided at the suction-side rotor shaft end. The chambers 42 and 43 communicate with each other via the rotor oil supply line 32 and are maintained at a pressure slightly higher than the suction pressure, and the pressure is lower than the pressure of the balance chamber 41 to which the discharge pressure is supplied. Since the force acting on the piston acts in the opposite direction to the thrust force F, the thrust force F is alleviated.

しかしながら、スクリュー圧縮機を停止すると、前記スラスト力Fは零となる。そして、前記逆止弁18、21は閉じられ、油分離器20の逆止弁21からスクリュー圧縮機吸込口の逆止弁18までは閉じた空間となり、前記部屋41、42、及び43の圧力は均等化して同じ圧力となる。しかも該均等化した圧力は運転中の吐出圧と吸込圧の間の圧力となり、大気圧よりは高い圧力である。したがって、前記雄ロータには前記吐出側のロータ軸3が大気圧に曝されている分だけ吐出側(図における右側)に向かうスラスト力が作用することになる。詳しくは、前記吐出側ロータ軸3に固定されたシャフトシールカラー12にシールケーシング9に装着されたシールリング13が接する接触円の直径をDとすると、前記均等圧力×(π/4)Dの力が吐出側方向に掛かることになる。 However, when the screw compressor is stopped, the thrust force F becomes zero. The check valves 18 and 21 are closed, and a space from the check valve 21 of the oil separator 20 to the check valve 18 of the screw compressor suction port is closed, and the pressure in the chambers 41, 42, and 43 is closed. Are equalized to the same pressure. Moreover, the equalized pressure is a pressure between the discharge pressure and the suction pressure during operation, and is higher than the atmospheric pressure. Therefore, a thrust force directed toward the discharge side (right side in the drawing) acts on the male rotor by the amount that the rotor shaft 3 on the discharge side is exposed to atmospheric pressure. Specifically, when the diameter of the contact circle where the seal ring 13 attached to the seal casing 9 is in contact with the shaft seal collar 12 fixed to the discharge-side rotor shaft 3 is D, the uniform pressure × (π / 4) D 2. Is applied in the direction of the discharge side.

例えば、R22などの冷媒を用いる冷凍サイクルでは、吸込圧力は4kg/cm、吐出圧力は15kg/cm程度であるが、冷媒としてCOを用いる冷凍サイクルでは、吸込圧力は20〜50kg/cm、吐出圧力は100kg/cm前後と非常に高圧となる。したがって、運転を停止した際の部屋41、42、43の均等化した圧力は相当に高くなり、運転停止時に掛かる吐出側方向の力である均等圧力×(π/4)Dの値は非常に大きなものとなる。 For example, in the refrigeration cycle using a refrigerant such as R22, the suction pressure is about 4 kg / cm 2 and the discharge pressure is about 15 kg / cm 2 , but in the refrigeration cycle using CO 2 as the refrigerant, the suction pressure is 20 to 50 kg / cm 2. 2. The discharge pressure is as high as about 100 kg / cm 2 . Therefore, driving the equalized pressure room 41, 42 and 43 when the stop becomes considerably high, the value of the equivalent pressure × (π / 4) D 2 is a discharge side force applied at the time of shutdown is very It will be big.

即ち、運転中には前記スラスト力Fはバランスピストンにより緩和されて、該スラスト力Fよりも小さな吸込み側方向のスラスト力がスラスト軸受8で受けられていたのであるが、運転を停止すると上記した均等圧力×(π/4)Dという大きなスラスト力が今度は吐出側方向に掛かることになる。ロータ端面と軸受ケーシングのロータ側端面との隙間は、容積効率向上のため非常に小さくしてあるので、運転停止時に過大なスラスト力が掛かると、スラスト軸受の変形や損傷によりロータ端面と軸受ケーシングのロータ側端面とが接触して焼損することがある。R22等を冷媒とした場合は前記均等化圧力はそれほど大きくはないので、問題となることはなかったが、COを冷媒として用いる場合にはこのような問題が生じる。 That is, during operation, the thrust force F is relaxed by the balance piston, and a thrust force in the suction side direction smaller than the thrust force F is received by the thrust bearing 8, but when the operation is stopped, it is described above. A large thrust force of uniform pressure × (π / 4) D 2 is now applied in the discharge side direction. The clearance between the rotor end face and the rotor side end face of the bearing casing is very small to improve volumetric efficiency. If excessive thrust force is applied when operation is stopped, the rotor end face and the bearing casing are deformed or damaged by the thrust bearing. The rotor side end surface may come into contact and burn out. When R22 or the like is used as the refrigerant, the equalization pressure is not so large and thus has not been a problem. However, when CO 2 is used as the refrigerant, such a problem occurs.

このような問題点を解決する一方法として、本出願人は先に、雄ロータ軸の吸込側のバランスピストンを廃止して吸込側ロータ軸も外気に対して解放して該吸込側ロータ軸にもメカニカルシールを設け、吐出側ロータ軸と吸込側ロータ軸のシャフトシールカラーとシールリングが接する接触円の直径を適切に選定することによって運転時のスラスト力を緩和するとともに、運転停止時のスラスト力を許容範囲内に納めるようにできる構成を提案した(特許文献1参照)。   As a method for solving such a problem, the present applicant firstly abolished the suction side balance piston of the male rotor shaft and released the suction side rotor shaft from the outside air to the suction side rotor shaft. In addition, a mechanical seal is provided to reduce the thrust force during operation by appropriately selecting the diameter of the contact circle where the shaft seal collar and seal ring of the discharge-side rotor shaft and suction-side rotor shaft are in contact with each other. A configuration has been proposed that can keep the force within an allowable range (see Patent Document 1).

特開2002−168185公報JP 2002-168185 A 特許第2752000号明細書Japanese Patent No. 2752000

しかしながら、上記特許文献1に開示した構成では、大きなスクリュー圧縮機や非常に高圧の条件下で運転されるスクリュー圧縮機においては、運転時にロータに掛かるスラスト力を緩和することと運転停止時にロータに掛かるスラスト力を許容範囲内に納めることを両立させることは困難になる。
したがって、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、運停止時にロータのスラスト軸受に掛かるスラスト荷重を零とすることが可能なスクリュー圧縮装置を提供することを目的とする。
However, in the configuration disclosed in Patent Document 1 described above, in a large screw compressor or a screw compressor operated under very high pressure conditions, the thrust force applied to the rotor during operation is reduced and the rotor is applied when operation is stopped. It becomes difficult to achieve both the application of the thrust force applied within the allowable range.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a screw compression device that can make a thrust load applied to a thrust bearing of a rotor zero when operation is stopped.

そこで、かかる課題を解決するために本発明のスクリュー圧縮装置は、両側に軸部を有する、互いに噛合う雄ロータと雌ロータがスクリュー圧縮装置のケーシング内に平行に軸受支持され、前記雄ロータの吸込側ロータ軸端部にはバランスピストンが設けられるとともに前記雄ロータの吐出側ロータ軸が駆動機に連結できるように構成されたスクリュー圧縮装置において、前記吐出側ロータ軸が前記ケーシング内に軸受支持された連結軸に回転のみを伝え軸方向力は伝えないように連結され、前記吐出側ロータ軸は前記ケーシングに対して軸封されず、前記連結軸が前記ケーシングに対してメカニカルシールを介して軸封されてケーシング外に突き出し、該突き出し部に駆動機が連結されるように構成され、運転停止時には前記ケーシング内の閉じた空間は軸受給油ラインを介して圧力が均等化されるとともに、前記軸方向力が遮断された状態の前記吐出側ロータ軸によって、該吐出側ロータ軸に掛かるスラスト力が零になるように構成されたことを特徴とする。 Therefore, in order to solve such a problem, the screw compressor of the present invention includes a male rotor and a female rotor, which have shaft portions on both sides, which are engaged with each other and supported in parallel in the casing of the screw compressor. In the screw compression apparatus, wherein a balance piston is provided at an end portion of the suction side rotor shaft and the discharge side rotor shaft of the male rotor can be connected to a drive machine, the discharge side rotor shaft is bearing-supported in the casing. Only the rotation is transmitted to the connected connecting shaft and the axial force is not transmitted. The discharge-side rotor shaft is not sealed with respect to the casing, and the connecting shaft is mechanically sealed with respect to the casing. It is shaft seal protrudes out of the casing, configured to drive motor to said projecting portion is connected, at the time of shutdown in the casing In the closed space, the pressure is equalized through the bearing oil supply line, and the thrust force applied to the discharge-side rotor shaft is made zero by the discharge-side rotor shaft in a state where the axial force is cut off. It is structured .

かかる発明によれば、スクリュー圧縮機のケーシング内に連結軸が軸受支持されていて該連結軸に前記雄ロータの吐出側ロータ軸が回転のみを伝え軸方向力は伝えないように連結され、前記連結軸は前記ケーシングに対してメカニカルシールでシールされてケーシング外に突き出しているので、スクリュー圧縮機のケーシング内において前記ロータ軸と連結軸は軸方向については遮断されている。したがって、圧縮機の運転中は吐出側と吸込み側との圧力差によって発生する吸込み側方向のスラスト力はバランスピストンによって緩和されて吐出側ロータ軸に設けられたスラスト軸受により受けられているが、運転を停止してケーシング内の圧力が均等化されると、ロータはいわば均等化された圧力の中に浮いている状態となり、ロータに掛かるスラスト力は零となる。そして、前記連結軸に均等化されたケーシング内圧力によるスラスト力が作用する。詳しくは、前記メカニカルシールの前記連結軸に固定されたシャフトシールカラーとケーシング側に装着されたシールリングが接する接触円の直径をDとすると、前記均等圧力×(π/4)Dの力が前記連結軸に作用する。このスラスト力は該連結軸を支持するスラスト軸受によって受けることができ、該スラスト軸受はスラスト力の大きさに応じてその負荷容量を如何様にも選定することが容易にできる。 According to this invention, the connecting shaft is supported by the bearing in the casing of the screw compressor, and the discharge-side rotor shaft of the male rotor is connected to the connecting shaft so as to transmit only the rotation and not transmit the axial force, Since the connecting shaft is sealed with a mechanical seal with respect to the casing and protrudes out of the casing, the rotor shaft and the connecting shaft are blocked in the axial direction in the casing of the screw compressor. Therefore, during operation of the compressor, the thrust force in the suction side direction generated by the pressure difference between the discharge side and the suction side is relaxed by the balance piston and is received by the thrust bearing provided on the discharge side rotor shaft. When the operation is stopped and the pressure in the casing is equalized, the rotor is in a state of floating in the equalized pressure, and the thrust force applied to the rotor becomes zero. And the thrust force by the equalized pressure in the casing acts on the connecting shaft. Specifically, when the diameter of the contact circle where the shaft seal collar fixed to the connecting shaft of the mechanical seal and the seal ring mounted on the casing contact is D, the force of the equal pressure × (π / 4) D 2 Acts on the connecting shaft. This thrust force can be received by a thrust bearing that supports the connecting shaft, and the thrust bearing can easily select any load capacity depending on the magnitude of the thrust force.

そして、前記連結軸は前記雄ロータのロータ軸に同心にスクリュー圧縮装置のケーシングに軸受支持され、前記吐出側ロータ軸と連結軸との回転のみを伝える連結は前記吐出側ロータ軸と連結軸にそれぞれ取り付けられた雄カップラーとそれらを連結する雌カップラーにより行われるように構成してもよいし、或は 前記連結軸は前記雄ロータのロータ軸に平行にスクリュー圧縮装置のケーシングに軸受支持され、前記吐出側ロータ軸と連結軸との回転のみを伝える連結は前記吐出側ロータ軸と連結軸にそれぞれ取り付けられた歯車により行われるように構成することもできる。   The connection shaft is supported by a casing of a screw compressor concentrically with the rotor shaft of the male rotor, and a connection that transmits only the rotation of the discharge side rotor shaft and the connection shaft is connected to the discharge side rotor shaft and the connection shaft. It may be configured to be performed by a male coupler attached thereto and a female coupler connecting them, or the connecting shaft is supported by a casing of a screw compressor parallel to the rotor shaft of the male rotor, The connection for transmitting only the rotation of the discharge-side rotor shaft and the connection shaft may be performed by gears respectively attached to the discharge-side rotor shaft and the connection shaft.

歯車連結でもロータ軸と連結軸の連結は回転のみとなり、軸方向には連結が遮断される。歯車は平歯車でもはす歯歯車でもよい。はす歯歯車の場合は運転中には連結軸からロータ軸に歯面を介して軸方向の力が掛かるが、運転停止時にはこの軸方向力は零となるので、本発明の場合実質的には回転のみを伝える連結に含めることができる。歯車連結の場合は、歯数比を適宜選定することにより連結軸に連結される駆動機の駆動力を増速或は減速してロータ軸に伝えることができる。駆動機を歯車を介してロータ軸に連結することは従来から行われているが(例えば、特許文献2参照。)、その際、従来のスクリュー圧縮機の雄ロータの吐出側ロータ軸に歯車を取り付けて該歯車に駆動機の歯車を噛み合わせた構成であり、該吐出側ロータ軸はスクリュー圧縮機のケーシングに対して軸封されている。したがって、このような従来の構成では、運転停止時にケーシング内の圧力が均等化されたときに生じる吐出側方向のスラスト力を無くすることはできない。   Even in the gear connection, the connection between the rotor shaft and the connection shaft is only rotation, and the connection is cut off in the axial direction. The gear may be a spur gear or a helical gear. In the case of a helical gear, an axial force is applied from the connecting shaft to the rotor shaft through the tooth surface during operation, but this axial force becomes zero when the operation is stopped. Can be included in connections that carry only rotation. In the case of gear connection, by appropriately selecting the gear ratio, the driving force of the drive unit connected to the connection shaft can be increased or decreased and transmitted to the rotor shaft. Conventionally, the drive machine is connected to the rotor shaft via a gear (see, for example, Patent Document 2). At that time, the gear is attached to the discharge-side rotor shaft of the male rotor of the conventional screw compressor. The discharge-side rotor shaft is sealed with respect to the casing of the screw compressor. Therefore, with such a conventional configuration, it is not possible to eliminate the thrust force in the discharge side direction that occurs when the pressure in the casing is equalized when the operation is stopped.

以上記載のごとく本発明のスクリュー圧縮機においては、運転停止時にケーシング内の圧力が均等化された際に雄ロータのスラスト軸受にかかるスラスト力は零となり、その代わりに前記均等化された圧力によるスラスト力は雄ロータとは軸方向の連結が遮断された連結軸のスラスト軸受により受けるように構成されるので、大型或は高圧で作動するスクリュー圧縮機の運転停止時にケーシング側端面とロータ端面とが接触して焼損が生じるようなことを完全に排除することができる利点がある。   As described above, in the screw compressor of the present invention, when the pressure in the casing is equalized at the time of operation stop, the thrust force applied to the thrust bearing of the male rotor becomes zero, and instead of the equalized pressure. Since the thrust force is configured to be received by the thrust bearing of the connecting shaft that is disconnected from the male rotor in the axial direction, the end face on the casing side and the end face of the rotor when the screw compressor operating at large or high pressure is stopped. There is an advantage that it is possible to completely eliminate the occurrence of burning due to contact.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely explanations. It is just an example.

図1は、本発明の第1の実施例に係わるスクリュー圧縮装置の概略構成を示す断面図である。同図においてスラスト軸受8よりも左側は先に図3を参照して説明した従来技術と同じであるので、図3と同じ構成には同じ符号が付してあり詳細説明は省略する。図1において、吐出側軸受ケーシング4には連結軸ケーシング101が固定され、その内部には連結軸102が軸受103、104によりロータ軸と同心に支持されている。これら軸受のうち一方はラジアル荷重とともにスラスト荷重も受けることができる軸受である。或はラジアル軸受とスラスト軸受を配置してもよい。図にはそれぞれ1個の軸受が描かれているが、複数個の軸受としてもよいことは勿論である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a screw compression apparatus according to a first embodiment of the present invention. In this figure, the left side of the thrust bearing 8 is the same as the prior art described above with reference to FIG. 3, so the same components as those in FIG. In FIG. 1, a connecting shaft casing 101 is fixed to the discharge-side bearing casing 4, and a connecting shaft 102 is supported concentrically with the rotor shaft by bearings 103 and 104. One of these bearings can receive a thrust load as well as a radial load. Or you may arrange | position a radial bearing and a thrust bearing. Although one bearing is illustrated in each figure, it is needless to say that a plurality of bearings may be used.

雄ロータの吐出側ロータ軸3には雄カップラー105が設けられ、前記連結軸102に設けられた雄カップラー106と雌カップラー107によって回転のみが伝えられるように連結されている。前記連結軸ケーシング101に固定されたシールケーシング108と連結軸の間はメカニカルシール11によって軸封されている。該メカニカルシール11は、連結軸102に固定されたシャフトシールカラー12、シールケーシング108に装着されたシールリング13、及び該シールリング13を前記シャフトシールカラー12に対して付勢するスプリング14からなる。ラジアル軸受6、7、及びメカニカルシール11には油分離器20で圧縮された冷媒ガスから分離された潤滑油が軸受給油ライン31を介して給油される。軸受やメカニカルシールを潤滑して部屋42、110、111に漏出した潤滑油はロータ給油ライン32を介してロータに供給される。   A male coupler 105 is provided on the discharge-side rotor shaft 3 of the male rotor and is connected so that only rotation is transmitted by a male coupler 106 and a female coupler 107 provided on the connecting shaft 102. The seal casing 108 fixed to the connecting shaft casing 101 and the connecting shaft are sealed with a mechanical seal 11. The mechanical seal 11 includes a shaft seal collar 12 fixed to the connecting shaft 102, a seal ring 13 attached to a seal casing 108, and a spring 14 that urges the seal ring 13 against the shaft seal collar 12. . Lubricating oil separated from the refrigerant gas compressed by the oil separator 20 is supplied to the radial bearings 6 and 7 and the mechanical seal 11 through a bearing oil supply line 31. Lubricating oil that has lubricated the bearings and mechanical seals and leaked into the chambers 42, 110, and 111 is supplied to the rotor via the rotor oil supply line 32.

圧縮機運転中は吸込み側軸受けケーシングのバランスピストン室41には管路44を介して冷媒の吐出圧が掛かっており、該部屋の圧力は部屋42、110、及び111の圧力(これらの部屋の圧力はロータ給油ラインにより連通しており同じ圧力になっている。)よりも高い。したがって、運転中に吐出圧と吸込圧の差によりロータに掛かる吸込側方向のスラスト力Fはバランスピストンに掛かる吐出側方向のスラスト力によって緩和される。然るに、運転を停止すると逆止弁18、21は閉じられるので逆止弁18〜ケーシング内〜逆止弁21間は互いに連通した閉じた空間となり、部屋41、110、及び111は均等な圧力となる。そうすると、ロータは均等な圧力の中にいわば浮いた状態となるので、ロータにはスラスト力は掛からなくなる。一方、前記連結軸は一端側が外気側に突き出しているので、部屋111の圧力により右方向のスラスト力が掛かる。具体的には、メカニカルシール11の連結軸102に固定されたシャフトシールカラー12とケーシング側に装着されたシールリング13が接する接触円の直径をDとすると、部屋111の圧力×(π/4)Dの力が連結軸に作用する。 During the operation of the compressor, the balance piston chamber 41 of the suction side bearing casing is subjected to refrigerant discharge pressure via the pipe 44, and the pressure in the chamber is the pressure in the chambers 42, 110, and 111 (the pressures in these chambers). The pressure is communicated by the rotor oil supply line and is the same pressure. Accordingly, the thrust force F in the suction direction applied to the rotor due to the difference between the discharge pressure and the suction pressure during operation is alleviated by the thrust force in the discharge side applied to the balance piston. However, since the check valves 18 and 21 are closed when the operation is stopped, the check valve 18 to the inside of the casing to the check valve 21 are closed spaces communicating with each other, and the chambers 41, 110, and 111 have equal pressures. Become. As a result, the rotor floats in a uniform pressure, so that no thrust force is applied to the rotor. On the other hand, since the one end side of the connecting shaft protrudes to the outside air side, a rightward thrust force is applied by the pressure of the chamber 111. Specifically, when the diameter of the contact circle where the shaft seal collar 12 fixed to the connecting shaft 102 of the mechanical seal 11 and the seal ring 13 mounted on the casing contact is D, the pressure of the chamber 111 × (π / 4) ) D 2 is exerted on the connecting shaft.

部屋111は運転中には吸込み圧よりも若干高い圧力になっているので、連結軸102のスラスト軸受には常に右方向のスラスト力が掛かっている。しかしながら、連結軸ケーシング内には負荷容量の大きなスラスト軸受を設けるのに十分なスペースを確保することが容易であるので、このスラスト荷重に対応することが可能である。   Since the chamber 111 has a pressure slightly higher than the suction pressure during operation, a thrust force in the right direction is always applied to the thrust bearing of the connecting shaft 102. However, since it is easy to secure a sufficient space for providing a thrust bearing having a large load capacity in the connecting shaft casing, it is possible to cope with this thrust load.

従来技術では、通常前記バランスピストン15は運転中の吸込側方向のスラスト力Fを緩和するようにしてあり、運転中には吸込み側方向のスラスト力がある程度残っている場合が多い。そのような場合に運転停止によりスラスト力の方向が吐出側に急激に変わることは、スラスト軸受にとって厳しい条件となる。本発明によれば、ロータのスラスト軸受8には運転中にはバランスピストンによって緩和された吸込み側方向のスラスト力が掛かり、運転を停止するとスラスト力は零となるので、従技術におけるようにスラスト荷重方向が急転するという過酷な条件に曝されることがない。一方連結軸のスラスト軸受には運転中も運転停止時も右方向のスラスト力が掛かっており、該連結軸のスラスト軸受はスラスト荷重の方向が運転停止時に反転するという過酷な条件には曝されない。   In the prior art, the balance piston 15 normally reduces the thrust force F in the suction side direction during operation, and the thrust force in the suction side direction often remains to some extent during operation. In such a case, it is a severe condition for the thrust bearing that the direction of the thrust force is suddenly changed to the discharge side by the operation stop. According to the present invention, the thrust thrust bearing 8 of the rotor is subjected to a thrust force in the suction side that is relaxed by the balance piston during operation, and the thrust force becomes zero when the operation is stopped. There is no exposure to the harsh conditions of sudden rotation of the load direction. On the other hand, the thrust bearing on the connecting shaft is subjected to a thrust force in the right direction during operation and when the operation is stopped, and the thrust bearing of the connecting shaft is not exposed to the severe condition that the direction of the thrust load is reversed when the operation is stopped. .

図2は本発明の第2の実施例に係わるスクリュー圧縮機の概略構成の断面図を示す。図1との相違は雄ロータの吐出側ロータ軸と連結軸との連結が歯車連結である点のみであり、詳細な説明は省略する。なお、図1と同じ構成部品には同じ符号を付し、一部は符号を省略した。雄ロータの吐出側ロータ軸3には歯車205が取り付けられており、連結軸ケーシング201に軸受103、104で支持された連結軸202の一端側には前記ロータ軸の歯車205に噛合う歯車206が取り付けられ、他方側はシールケーシング208との間がメカニカルシール11で軸封されて前記シールケーシング208の外に突き出ている。図2において歯車は平歯車として描いてあるが、先述したようにはす歯歯車でもよい。該連結軸の突き出た部分に図示しない駆動機が連結されて該駆動機により前記歯車連結を介して雄ロータが回転駆動される。図1の実施例の場合と同様に、圧縮装置の運転中はロータには吸込み側方向のスラスト力Fが掛かるが、運転停止時にはロータに掛かるスラスト力は零となる。   FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of a screw compressor according to the second embodiment of the present invention. The only difference from FIG. 1 is that the connection between the discharge-side rotor shaft and the connecting shaft of the male rotor is a gear connection, and a detailed description thereof will be omitted. In addition, the same code | symbol was attached | subjected to the same component as FIG. 1, and the code | symbol was abbreviate | omitted one part. A gear 205 is attached to the discharge-side rotor shaft 3 of the male rotor, and a gear 206 that meshes with the gear 205 of the rotor shaft on one end side of the connecting shaft 202 supported by the bearings 103 and 104 on the connecting shaft casing 201. The other side is sealed with the mechanical seal 11 between the seal casing 208 and protrudes out of the seal casing 208. Although the gear is depicted as a spur gear in FIG. 2, it may be a helical gear as described above. A driving machine (not shown) is connected to the protruding portion of the connecting shaft, and the male rotor is rotationally driven by the driving machine via the gear connection. As in the embodiment of FIG. 1, the thrust force F in the suction direction is applied to the rotor during operation of the compressor, but the thrust force applied to the rotor is zero when the operation is stopped.

スクリュー圧縮機のケーシング内で雄ロータの吐出側ロータに回転のみを伝えるように連結軸を設けることにより、メカニカルシールは従来同様1個所に配設するのみで、高圧力で作動するスクリュー圧縮機においても運転停止時にスラスト軸受に掛かるスラスト荷重が急激に増大してスラスト軸受の寿命短縮やロータの焼損が惹起されるなどの問題が生じることがないスクリュー圧縮機を提供することができる。   In a screw compressor that operates at high pressure, a mechanical seal is provided only in one place as in the prior art by providing a connecting shaft so as to transmit only rotation to the discharge side rotor of the male rotor in the casing of the screw compressor. In addition, it is possible to provide a screw compressor in which the thrust load applied to the thrust bearing at the time of stoppage of operation does not increase rapidly, causing problems such as shortening of the life of the thrust bearing and burning of the rotor.

本発明の第1実施例に係わるスクリュー圧縮機の概略構成の断面図である。It is sectional drawing of schematic structure of the screw compressor concerning 1st Example of this invention. 本発明の第2実施例に係わるスクリュー圧縮機の概略構成の断面図である。It is sectional drawing of schematic structure of the screw compressor concerning 2nd Example of this invention. 従来のスクリュー圧縮機の概略構成の断面図である。It is sectional drawing of schematic structure of the conventional screw compressor.

符号の説明Explanation of symbols

1 ロータケーシング
2 雄ロータ
3 吐出側ロータ軸
3’ 吸込側ロータ軸
4 吐出側軸受ケーシング
5 吸込側軸受ケーシング
6、7 ラジアル軸受
8 スラスト軸受
10、108、208 シールケーシング
11 メカニカルシール
15 バランスピストン
16 凹所
17 流入ライン
18、21 逆止弁
19 吐出路
20 油分離器
22 送出ライン
31 軸受給油ライン
32 ロータ給油ライン
41 バランス室
42、43、110、111 部屋
101 連結軸ケーシング
102、202 連結軸
103、104 軸受
105、106 雄カップラー
107 雌カップラー
205、206 歯車
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor casing 2 Male rotor 3 Discharge side rotor shaft 3 'Suction side rotor shaft 4 Discharge side bearing casing 5 Suction side bearing casing 6, 7 Radial bearing 8 Thrust bearing 10, 108, 208 Seal casing 11 Mechanical seal 15 Balance piston 16 Concave Station 17 Inflow line 18, 21 Check valve 19 Discharge path 20 Oil separator 22 Delivery line 31 Bearing oil line 32 Rotor oil line 41 Balance chambers 42, 43, 110, 111 Chamber 101 Connecting shaft casing 102, 202 Connecting shaft 103, 104 Bearing 105, 106 Male coupler
107 Female coupler 205, 206 gear

Claims (3)

両側に軸部を有する、互いに噛合う雄ロータと雌ロータがスクリュー圧縮装置のケーシング内に平行に軸受支持され、前記雄ロータの吸込側ロータ軸端部にはバランスピストンが設けられるとともに前記雄ロータの吐出側ロータ軸が駆動機に連結できるように構成されたスクリュー圧縮装置において、前記吐出側ロータ軸が前記ケーシング内に軸受支持された連結軸に回転のみを伝え軸方向力は伝えないように連結され、前記吐出側ロータ軸は前記ケーシングに対して軸封されず、前記連結軸が前記ケーシングに対してメカニカルシールを介して軸封されてケーシング外に突き出し、該突き出し部に駆動機が連結されるように構成され、運転停止時には前記ケーシング内の閉じた空間は軸受給油ラインを介して圧力が均等化されるとともに、前記軸方向力が遮断された状態の前記吐出側ロータ軸によって、該吐出側ロータ軸に掛かるスラスト力が零になるように構成されたことを特徴とするスクリュー圧縮装置。 A male rotor and a female rotor, which have shaft portions on both sides, mesh with each other, are supported in parallel in the casing of the screw compressor, and a balance piston is provided at the suction-side rotor shaft end of the male rotor, and the male rotor In the screw compression apparatus configured so that the discharge-side rotor shaft can be connected to the drive machine, the discharge-side rotor shaft transmits only rotation to the connection shaft supported by the bearing in the casing so as not to transmit axial force. Connected, the discharge-side rotor shaft is not sealed against the casing, the connecting shaft is sealed against the casing via a mechanical seal and protrudes out of the casing, and a drive unit is connected to the protruding portion is configured to be, together with the time of shutdown are equalized pressure through the closed space the bearing oil supply lines within the casing, By the discharge side rotor shaft in a state in which serial axial force is cut off, the screw compression apparatus characterized by thrust force applied to said discharge outlet side rotor shaft is configured to be zero. 前記連結軸は前記雄ロータのロータ軸に同心にスクリュー圧縮装置のケーシングに軸受支持され、前記吐出側ロータ軸と連結軸との回転のみを伝える連結は前記吐出側ロータ軸と連結軸にそれぞれ取り付けられた雄カップラーとそれらを連結する雌カップラーにより行われることを特徴とする請求項1記載のスクリュー圧縮装置。   The connection shaft is supported by a casing of a screw compressor concentrically with the rotor shaft of the male rotor, and a connection that transmits only the rotation of the discharge side rotor shaft and the connection shaft is attached to the discharge side rotor shaft and the connection shaft, respectively. The screw compression apparatus according to claim 1, wherein the screw compression apparatus is performed by a male coupler and a female coupler for connecting them. 前記連結軸は前記雄ロータのロータ軸に平行にスクリュー圧縮装置のケーシングに軸受支持され、前記吐出側ロータ軸と連結軸との回転のみを伝える連結は前記吐出側ロータ軸と連結軸にそれぞれ取り付けられた歯車により行われることを特徴とする請求項1記載のスクリュー圧縮装置。   The connection shaft is supported by a casing of a screw compressor parallel to the rotor shaft of the male rotor, and a connection for transmitting only the rotation of the discharge side rotor shaft and the connection shaft is attached to the discharge side rotor shaft and the connection shaft, respectively. The screw compression apparatus according to claim 1, wherein the screw compression apparatus is performed by a gear.
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