JP4113433B2 - 水噴射式スクリュー圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、ロータ室を規定しているハウジングを有する水噴射式スクリュー圧縮機エレメントであって、該ロータ室内には、ハウジングに設けられ且つ軸受ブッシュが設けられている水潤滑の滑り軸受に両端部において軸端で支承された２つの協働するロータが配置されているものである水噴射式スクリュー圧縮機エレメントに関する。

その種のスクリュー圧縮機エレメントは、油分の無い圧縮空気を送り出すことができる。水は、冷却、潤滑およびシーリングのためにロータ室内に噴射される。

滑り軸受も水で潤滑されので、スクリュー圧縮機エレメントには油とグリースの使用が避けられており、噴射水から油やグリースを分離する複雑なシーリングが不必要となっている。

しかしながら、油で潤滑される滑り軸受に対比すると、水で潤滑される滑り軸受の担持能力は、水の粘度が低いため、限定的なものである。

滑り軸受は、流体静力学式でも、流体動力学式でも可能である。

半径方向の力を釣り合わせるために、スクリュー圧縮機ではまず第一に流体動力学型滑り軸受が使用される。流体静力学型滑り軸受は、半径方向の力の方向がスクリュー圧縮機の負荷と作動条件の関数で変化しうると言う事実からして、本発明にはあまり適していない。更に、ラジアル式の流体静力学型滑り軸受は、流体静力学的圧力室とそこに設けられた供給通路を軸受の全周に用意しなければならないので、どちらかといえば複雑な構造になっている。

軸方向の力の釣り合いは、流体静力学型の滑り軸受によっても、流体動力学型の滑り軸受によっても起きる。

流体動力学型の滑り軸受に関して、軸受の能力は、軸受における軸の周速度と、その寸法及び遊びと、潤滑剤の粘度、この場合は水の粘度とによって決定される。

この軸受の能力は、それが特に圧縮機の最小回転数を決定し、かくして所定の軸受寸法と殆ど７バールから１３バールの間かそれ以上となっている圧縮機の所定作動圧力とで吐出される最少空気量を決定すると言う事実を考えると重要なことである。

周速度が大きくなればなる程、軸受における有効流体圧力が大きくなる。所定の回転速度では、直径をより大きくすると結果的に周速度がより大きくなり、同時に有効表面もより大きくなる。かくして、直径を大きくすることは、２通りの方式で軸受の担持能力を高めるのに寄与する。

軸受の幅は、しかし、ほぼ直径までに制限されると言うことを経験が示している。より幅を広くすると傾いた位置取りをするようになり、それは逆に軸受の担持能力にマイナスの影響を及ぼす。

軸受の遊びは、例えば、直径の０．０００２倍の公差で直径の０．００１倍となっている。遊びが余りにも小さいと、液体膜が破れて、その結果摩擦をより大きくして過熱を起こして、焼付きを惹起する。遊びが余りも大きいと、その回転において液体膜の生成を困難にする。

かくして、設計された遊びに関する公差は、小さくなければならず、好ましくは、直径の０．０００２倍でなければならない。

軸受の始動時や運転中における加速中に、滑り軸受の回転部品と固定部品との間で時々接触が起きる。水は粘度が低いので、例えば合成材料等の自己潤滑材を軸受に使用したり、又は軸受全体をそのような素材から造ったりすることが必要である。

公知のスクリュー圧縮機エレメントでは、滑り軸受を形成するために、ブッシュが、ハウジングに穿孔された開口内に圧入される。これらのブッシュは、上に合成材料の層が設けられた金属か、合成材料の薄い壁厚の層のいずれかから構成される。

両形式のブッシュの短所は、ブッシュの公差がかなり大きく、殆ど約係数１０と余りにも大きくなっていて、その結果、特別の措置を施さなければ軸受の遊びは制御不能となり、軸受は流体動力学的に最適な状態で働くことができないと言う点にある。

このような大きな公差を避けるために、カーボン製ブッシュを適用することが知られている。

カーボン製ブッシュは、小さな公差で造られ、更に金属に対比される優れた緊急運転特性を有している。それらは、更に小さな伸び係数を有すると共に水を吸収せず、その結果それらは寸法上非常に安定している。それらは、更に化学的に不活性である。

しかし、カーボン製ブッシュは、厚い周壁でなければならず、また殆ど僅かな引っ張り力も受け得ないものである。従って、それらは、大部分、軸受の内腔開口内に圧入されるようになっている。

しかし、このような構成は、カーボン製ブッシュが厚い周壁でなければならず且つ雄型ロータと雌型ロータの間の中心距離が軸受の最大可能直径を決めるので、有効軸受直径が制限されると言う欠点を有している。

更に、軸受ハウジングにおける内腔開口のずれや、カーボン製ブッシュの外径や内腔開口でのずれの共通した作用によって、軸受の最終的な内腔開口の寸法は、公称寸法に対して余りにも大きなずれを示すことになろう。厚い周壁のカーボン製ブッシュでは、このような問題はそれ自体現れることが少ないが、しかし、厚い壁は有効軸受直径を大きく制限し、かくして更に軸受の能力を大きく制限するので、そのようなカーボン製ブッシュを圧入することは望ましいことではない。

本発明は、上述のような欠点を示すことが無く、それで滑り軸受の構造が簡単で、軸受の遊びと能力が最適となっている水噴射式スクリュー圧縮機エレメントを提供することを目的とする。

本発明によれば、この目的は、前記軸受ブッシュが軸端上に固定して設けられると共に、上記ハウジングに形成された軸受ケース内で直接回転可能になっており、前記ハウジングと前記軸受ケースが同じ材料で継ぎ目なく構成されていることで達成される。

大きな寸法ずれを起こしかねない共同作用する幾つかの公差は最早存在していないので、軸受の遊びは最適なものとなっている。更に、軸受の直径もできるだけ大きく選ぶことができることになり、その結果、最適な軸受能力が得られる。

更に、これらの軸受ブッシュは、従来の水潤滑の滑り軸受の場合に備わる水供給用溝や通路の無い円筒として構成することができるので、その結果、それらは製造がより容易である。

溝や通路が無いことによって、更に軸受ブッシュの半径方向位置も考慮する必要がなく、その結果、搭載も、従来の水潤滑の滑り軸受と比較して簡略化される。

好ましくは、上記軸受ブッシュは、カーボンから造られる。

他の実施態様では、軸受ブッシュは、他の合成材料やセラミック材等の他の素材から造られる。

更に別の実施態様では、軸受ブッシュは、それらが共に協働するロータと同じ材料から造られる。その場合、ロータは対応した軸受ブッシュと一体品を形成することができ得るものである。

上記軸受ブッシュは、軸端上に圧着、接着又は軸方向クランプによって、又はこれらの技術の二つ又はそれ以上を組み合わせることによって固定される。

本発明の特徴をより良く示す発明について、何ら限定的な意味を持たない単なる例として本発明に係る水噴射式スクリュー圧縮機エレメントの好適な実施形態を、該水噴射式スクリュー圧縮機エレメントを概略示した添付図面を参照して以下に説明する。

図１に示されているように、本発明に係る水噴射式スクリュー圧縮機エレメントは、実質的に、ロータ室２を規定したハウジング１から構成されている。該ロータ室２内には、雄型ロータ３と雌型ロータ４が配置されており、それらの各々には端部に滑り軸受６で支承される軸端５が設けられている。

滑り軸受６の各々は、対応した軸端５上に固定圧着されていて且つ圧縮機エレメントのハウジング１の一部分によって形成された軸受ケース８内で回転可能になっているカーボン製軸受ブッシュ７から構成されている。

ハウジング１には、軸受ブッシュ７の各々に向き合うように一つ以上の水噴射点９が設けられている。

軸受ブッシュ７は、必ずしも軸端５上に圧着される必要が無い。それらは、更に、軸端５上に接着されたり又は軸方向にクランプされたり、又は上記技術、即ち圧着、接着及びクランプの二つ若しくはそれ以上の組み合わせで軸端５に固定される。

半径方向のクランプや、半径方向のプレス嵌合は、カーボン製軸受ブッシュ７が引っ張り力を受けたり、カーボン製軸受ブッシュ７の外径が余りにも大きく変えられたりするのを防ぐために最小限度で行われなければならない。

軸受ブッシュ７は、必ずしもカーボンから造られる必要が無い。それらは、合成材料やセラミック材からも造られ得るものである。

それらは、更に軸端５と同じ素材から造られ、それ故にロータ３、４と同じ素材からも造られ得るものである。この場合、滑り軸受７は、例えば射出成形によってロータ３および４と一体を成した部品に製造され得るものである。

圧縮機エレメントには、ロータ室２に開口する吸入導管と圧力導管と水噴射導管とが接続されている。ロータ３および４は、図示されていないモータによって駆動される。

本発明は、添付図面に示された上述の実施形態に決して限定されるものではなく、反対にそのようなスクリュー圧縮機エレメントは、本発明の技術的範囲を逸脱しない限り異なった変形例で実現され得るものである。

本発明に係る水噴射式スクリュー圧縮機エレメントを模式的に示す縦断面図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ ロータ室
３ 雄型ロータ
４ 雌型ロータ
５ 軸端
６ 滑り軸受
７ 軸受ブッシュ
８ 軸受ケース
９ 水噴射点

Claims (7)

1. ロータ室（２）を規定しているハウジング（１）を有する水噴射式スクリュー圧縮機エレメントであって、該ロータ室（２）内には、ハウジング（１）に設けられ且つ軸受ブッシュ（７）が設けられている水潤滑の滑り軸受（６）に両端部において軸端（５）で支承された２つの協働するロータ（３，４）が配置されているものである水噴射式スクリュー圧縮機エレメントにおいて、前記軸受ブッシュ（７）は、軸端（５）上に固定して設けられていると共に、前記ハウジング（１）に形成された軸受ケース（８）内で直接回転可能になっており、前記ハウジング（１）と前記軸受ケース（８）が同じ材料で継ぎ目なく構成されていることを特徴とする水噴射式スクリュー圧縮機エレメント。
2. 前記軸受ブッシュ（７）は、カーボンから造られていることを特徴とする請求項１に記載の水噴射式スクリュー圧縮機エレメント。
3. 前記軸受ブッシュ（７）は、合成材料から造られていることを特徴とする請求項１に記載の水噴射式スクリュー圧縮機エレメント。
4. 前記軸受ブッシュ（７）は、セラミック材から造られていることを特徴とする請求項１に記載の水噴射式スクリュー圧縮機エレメント。
5. 軸受ブッシュ（７）は、共に協働するロータ（３，４）と同じ材料から造られていることを特徴とする請求項１に記載の水噴射式スクリュー圧縮機エレメント。
6. ロータ（３，４）は、対応する軸受ブッシュ（７）と一体品を形成することができることを特徴とする請求項１に記載の水噴射式スクリュー圧縮機エレメント。
7. 軸受ブッシュ（７）は、軸端（５）上に圧着、接着若しくは軸方向クランプによって、又はこれらの技術の二つ若しくはそれ以上を組み合わせることによって固定されることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一つに記載の水噴射式スクリュー圧縮機エレメント。

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