JP4251679B2 - ロータ軸をシールする装置とその種の装置を備えたスクリュー型圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を圧縮又は膨張させる機器の、特にハウジングと少なくとも一本のロータを内部に備えたタイプの圧縮機又は管用エキスパンダのハウジングに組付けられた軸受に支持されたロータ軸をシールする装置に関し、それによって該シール装置は、ロータとロータ軸周りの軸受との間に配置され且つ少なくとも２つの空隙接触の、又は摩擦の無いシールを有している。
【０００２】
【従来の技術】
ロータ軸における漏れは、機器の効率を低減することは明らかであるが、しかし、幾つかのケースでは、通常油となっているが、軸受の潤滑剤が、機器の流体中に最後は入ってしまったり、機器の流体が軸受の潤滑剤中に最後は入ってしまったりすることは、ともかく大きな不利益となる。
【０００３】
このことは、例えば、油分の無い圧縮空気が必要とされているのに、軸受が油で潤滑されているような圧縮機に関するケースに相当する。
【０００４】
液体噴射式圧縮機の場合、そのような油分の無い圧縮ガスを得るために、油でなく例えば水の潤滑剤がロータ上に噴霧される。更に、この潤滑剤は軸受やこれらの軸受を潤滑する油とは接触しないであろう。
【０００５】
それは、次の理由による。即ち圧縮機の他のものの中には、ロータが休止している時も回転している時も、ロータとロータ軸用軸受との間で最適シールを行うのを保証するために幾つかのシールから構成されたロータ軸用シール装置が適用されているからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
国際特許出願公開明細書（ＷＯ）の第９４／１５１００号に記載されたスクリュー型圧縮機は、ロータ軸をシールする装置を備えており、それによって大部分の装置は、ロータを出力部に接続したものとして第１と第２のシール間のリング形状室と、圧縮空気ラインの接続された第２と第３のシール間のリング形状室とを備えた３つの空隙接触シールから構成されている。
【０００７】
しかし、この公知シール装置は、完全なシールを行うものではない。
【０００８】
本発明は、比較的簡単でコンパクトな設計で、安価であるが、しかし大きな圧力差の場合でも、ロータ軸が休止していてもまた回転していても、殆ど全てのものが、良好なシールを行うロータ軸用シール装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的は、シール装置が、ロータと軸受との間の第１の空隙接触シールと、２つのリップを備えた二重の逆向きリップシールと、第２の空隙接触シールとを連続して備えており、それら２つのリップは、それらの一部が互いに反対方向に向き且つそれらの裏側が上記ロータ軸に向けられており、またそれらのリップの間には圧力流体用入口が開口されており、それによってそれらリップは、それらの間の圧力に応じてロータ軸に接続されたり、又はロータ軸から持ち上げられるようになっている本発明によって達成される。
【００１０】
負荷のかかっていないリップは弾力的にロータ軸に接続するが、しかし、ロータ軸の回転中は圧縮機からの流体によって裏側に他方側よりもより大きな総合圧が加えられて、結果的にリップが持ち上げられるようになっている逆向きリップシールが、ドイツ特許発明明細書（ＤＥ−Ｃ）の第３．６１６．６８９号に記載されている。
【００１１】
リップは持ち上げられるので、ロータ軸に対するリップの摩擦は除去される。そこで、リップは、明らかに圧力流体が制約されつつも漏れを起こせるようにする。
【００１２】
それ故、これは、正規のリップシールの反対となっており、それで、圧縮機の圧力は前方側に加えられることになり、またそれで、ロータ軸がより速く回転を始めて圧縮機の圧力が高まるに従って、リップはロータ軸に対してより強く押圧されることになり、結果的により大きな摩耗を起こすことになる。
【００１３】
圧縮機では、好ましくは、この流体は圧縮機自体から到来し、次いで圧力流体の上記入口は、圧縮機の高圧側か、又は例えば圧縮機に接続された分離器等の、その出口に接続される。
【００１４】
各空隙接触シールは、ラビリンスシールや、又は例えば螺旋シール等の粘性シールとすることができる。
【００１５】
シール装置は、ロータの高圧側のロータ軸の周りに設けられ、その場合、それは、ロータの周囲から到来して第１シールを通って漏出する流体を排出する為に、第１空隙接触シールと二重の逆向きリップシールとの間においてハウジングに出口を備えることができる。
【００１６】
シール装置は、ロータの低圧側のロータ軸の周りに設けられ、その場合、それは、ハウジング内で噴射される潤滑剤と同じか又は代替し得る流体を供給する為に、第１空隙接触シールと二重の逆向きリップシールの間においてハウジングに入口を備えることができる。
【００１７】
本発明は、ハウジング内において第３シールと軸受との間に軸受用潤滑剤の供給部を備えることができるが、それは、リップシールと第３シールとの間において大気への接続部を備えることができる。
【００１８】
本発明は、更に、ハウジング内に軸受を介して搭載されたロータ軸を両端で支持したスクリュー形状の２本のロータを有したスクリュー型圧縮機や、殆ど全てが、水又は油以外の他の潤滑剤がロータに噴霧されるスクリュー型圧縮機であって、それが、少なくとも、上記実施例のいずれか一つに係るロータ軸をシールする装置を有していることを特徴とするスクリュー型圧縮機に関する。
【００１９】
【発明の実施の形態と実施例】
本発明の特徴をより良く説明する為に、本発明に係るロータ軸をシールする装置を備えたスクリュー型圧縮機について、次の好適な実施例によって、何ら制限的にでは無く、ただ一例として添付図面を参照にして説明する。
【００２０】
図１は、内部に２本の協動螺旋ロータ２が軸受を介して搭載されているハウジング１から主として構成された水噴射を行うスクリュー型圧縮機を示している。この軸受の前方では、ロータ２の高圧側、即ち圧縮機の出口３側においてハウジング１内で二重ボールベアリング５に搭載され軸方向に向けられたロータ軸４が、２本のロータ２に各々設けられている。
【００２１】
ロータ２とボールベアリング５との間において、シール装置６がロータ軸４の周りに設けられている。
【００２２】
ロータ２の低圧側では、従って圧縮機の入口７の側では、各ロータ２には軸方向のロータ軸８又は９が更に設けられており、それによって、これらロータ８、９は、ハウジング１に設けられたローラ軸受１０に搭載されている。
【００２３】
ロータ２とローラ軸受１０との間において、ロータ軸８又は９は、シール装置１１によって囲まれている。
【００２４】
ロータ軸９は、ロータ軸８よりも若干長くなっており、ハウジング１の一部分によって形成された歯車箱に組付けられ、駆動モータに接続された図示されていない歯車式トランスミッションの一部分のローラ軸受１０の外側に突出した端に歯車１２を有している。
【００２５】
ロータ軸４の周りでシールを行う各装置６は、図２に詳細に示されているように、３つのシール１３、１４、１５を有しており、それらの間には、出口１８と大気圧への接続部１９とが各々接続されているリング形状室１６、１７を備えているが、第３出口２０は、この第３シール１５側においてボールベアリング５に接続されている。
【００２６】
ロータ２側のシール１３は、図示の例では、螺旋シールから形成されており、ロータ軸４の外面に設けられ且つハウジング１の軸用開口２２壁までほとんど達しそうなスパイラル螺糸２１から成る空隙接触式ダイナミックシールである。この螺糸２１の螺旋方向は、ロータ軸４の正規の回転方向において、螺糸２１が流体をロータ２まで運ぶようなものとなっている。
【００２７】
出口１８は、噴射された流体の、即ち水や空気の出口であり、また、それはロータ軸４を取り囲んだ小室１６を圧縮機の入口７に接続するダクトから構成されている。
【００２８】
接続部１９は、ロータ軸４の周りの小室１７と大気との間の接続を行うダクトである。
【００２９】
これら２つの小室１６、１７の間に設けられたリップシール１４は、２つのリップ２３と、これら２つのリップ２３の間で開口した圧縮空気用入口２４とを有した二重の逆向きリップシールである。
【００３０】
軸用開口２２内では、これら２つのリップ２３は、それらの一部が互いに反対方向に向き、それらの裏側がロータ軸４の方に向けられている。運転の休止時には、これらのリップ２３の可橈端は、それらの裏側でロータ軸４に接続されている。
【００３１】
リップ２３の前側は、各々小室１６、１７内に開いているが、圧縮空気の入口２４は、一方で２つのリップ２３間の空間内に開口し且つ他方で減圧弁２５Ａを介して圧縮機出口３に接続した分離器２５に接続されたダクトと成っている。
【００３２】
リップ２３は、ゴムのような弾性変形可能な素材から造られ且つ支持体に固定されており、結果的に上記の可橈端の湾曲が妨げられることはない。
【００３３】
第３シール１５は、動的な空隙接触シールであり、図示の例では、それはロータ軸４の周りに設けられた螺旋溝２６から成る螺旋シールであり、その螺旋方向は、螺糸２１の螺旋方向とは反対になっており、即ち、結果的にロータ軸４が正規方向に回転すると、流体はボールベアリング１０へ押し戻されることになる。シール装置６の作動は、次のようになっている。
【００３４】
圧縮機の正規の作動条件の下では、ロータ２に接続された各ロータ軸４の端には大きな圧力が存在しており、その結果、このロータ２上に噴射された潤滑剤、即ち水は、加圧下でロータ軸４を経て漏出する。
【００３５】
空隙接触シール１３によって、漏出水は、大部分ロータ２に運ばれ戻される。漏出の残りの部分は、出口１８を経て圧縮機の入口７に流れ戻る。
【００３６】
二重のリップシール１４は、ボールベアリング５を潤滑する油と水を実際に分離するために設けられている。
【００３７】
分離器２５から到来し且つ入口２４を介してリップ２３間に供給される境界空気は、油の圧力や水の圧力よりも大きな圧力を有しており、その結果、リップ２３の可橈端は持上げられ、従って最早ロータ軸４とは何ら接触しない。ボールベアリング５側では、小室１７は大気に接続しているために、圧力は大気圧に事実上等しくなっている。
【００３８】
結果的に、ロータ軸４に対するリップ２３の摩擦が無くなるが、しかし、境界空気は若干漏れを起こす。
【００３９】
この漏れている境界空気は、出口１８を介して圧縮機の入口７へ部分的に排除され、出口１９を介して大気へ部分的に排除される。
【００４０】
リップシール１４のボールベアリング５側では、小室１７が出口１９を経て大気圧に接続しているので大気圧がかかっている。リップシール１４の他方側は、圧縮機の入口７に接続されており、その場合も大気圧がかかることになる。
【００４１】
第３シール１５は、ボールベアリング５からロータ軸４を経て漏れ出る油が確実にこのボールベアリング５に運ばれ戻されるようにしている。
【００４２】
シール１５を多分通過してしまったような油は、シール１３を通過した水のように、リップシール１４の位置で漏れている圧縮空気によっていかなる場合も止められる。
【００４３】
圧縮機がアイドリング運転している時、分離器２５における圧力は、実際には大気圧に等しく、更に境界空気の過大圧力も低下する。リップ２３間のこの圧縮空気の過大圧力が低下し、その結果、これらリップ２３はロータ軸４に接続されることになり、それで二重の逆向きリップシール１４は、従来の逆向きリップシールとして静的に作用する。
【００４４】
圧縮機が無負荷状態にされると、大きな負圧が圧縮機の入口７に発生される。この負圧が装置６まで出口１８を経て伝達されるのを防ぐために、圧縮機の零負荷で閉じられるこの出口１８にシール２７を設けなければならない。
【００４５】
図３に詳細に示されているロータ軸８、９の周りでシールする装置１１は、シール１３、１４間の小室１６に接続された水の出口１８が、水の入口２８で代替されており、従って圧縮機の入口７の圧力に対して例えば０．１バールの若干の過大圧力の下で水源に接続されている点で上記シール装置６と異なっているだけである。
【００４６】
このシール装置１１の作用は、シール装置６の作用に類似しているが、この場合の相違は、水は何らロータ２側から漏出せず、また空隙接触シール１３のために、入口２８を経て供給される水は、若干の過大圧力を受けてロータ２に運ばれる点である。
【００４７】
水の圧力は、シール１４に供給される境界空気の圧力よりもかなり低いので、入口２８を介して若干過大な圧力の下で供給される水は、シール１４の作用に何ら影響しないものである。
【００４８】
上述したシール装置６、１１は、ロータ２の潤滑剤と軸受５、１０のそれとの間で優れたシールを行い且つ完全な分離を行うものである。
【００４９】
これらのシール装置６、１１では、上述のものとは別の他の粘性シールやラビリンスシール等の空隙接触シールが使用され得る。
【００５０】
更に、水とは別の潤滑剤も圧縮機に噴射されよう。
【００５１】
シール１４の入口２４は、必ずしも圧力のかかった境界空気源に接続される必要がない。境界空気に代わって、他の圧力流体も使用されよう。
【００５２】
シール装置６又は１１は、更に他のタイプの圧縮機や、管用エキスパンダやポンプのような流体を圧縮したり、又は膨張させたりする他の機器にさえ適用され得る。
【００５３】
本発明は、添付図面に示されている上記実施例に決して限定されるものではなく、反対にその種のシール装置やその種の圧縮機は、本発明の技術的範囲に依然入っている限りあらゆる種類の変形例で造られ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスクリュー型圧縮機の断面を概略示している。
【図２】図１において拡大スケールでＦ２で示された部分を示している。
【図３】図１において拡大スケールでＦ３で示された部分を示している。
【符号の説明】
１ ハウジング
２ ロータ
４ ロータ軸
５ 軸受（ボールベアリング）
７ 圧縮機入口
８ ロータ軸
９ ロータ軸
１０ 軸受
１３ 第１シール（空隙接触シール）
１４ 二重の逆向きリップシール
１５ 第３シール（空隙接触シール）
１６ リング形状室（小室）
１７ リング形状室（小室）
１８ 出口
１９ 接続部
２３ リップ
２４ 圧力流体用入口
２５Ａ 減圧装置
２８ 入口

Claims (6)

1. ハウジング（１）と、両端にロータ軸（４、８、９）を有するスクリュー形状の２本のロータ（２）と、当該ハウジング（１）において当該ロータ軸を支持する少なくとも４個の軸受と、少なくとも２個の、ロータ軸をシールするためのシール装置と、を含むスクリュー型圧縮機であって、当該ロータ（２）と当該軸受（５、１０）とをシールするために、当該ロータ（２）とこれに対応する軸受との間にロータ軸（４、８、９）のまわりに設けられた、少なくとも２つの空隙接触（ブランクコンタクト）又は摩擦の無いシール（１３、１５）を各シール装置が有するスクリュー型圧縮機において、
   各シール装置は二重逆向きリップシール（１４）を有し、当該二重逆向きリップシールは第１の空隙接触シール（１３）と第２の空隙接触シール（１５）との間に位置し、当該二重逆向きリップシール（１４）は、互いに反対方向を部分的に向き、かつ、それらの裏側が当該ロータ軸（４、８、９）の方向を部分的に向く、２個のリップ（２３）を有するとともに、これらのリップ（２３）の間の隙間に圧力流体用入口（２４）を有すること、
   各シール装置の圧力流体用入口（２４）は、減圧装置（２５Ａ）を介して、圧縮機の高圧側に又はその出口に繋がる配管に接続されていること、
   各シール装置は当該リップシール（１４）と第３シール（１５）との間に大気への接続部（１９）を有していること、
   第１シール装置は当該ロータ（２）の高圧側のロータ軸（４）のまわりに位置し、かつ、第１空隙接触シール（１３）と当該二重逆向きリップシール（１４）との間に、当該ロータ（２）のまわりから第１シール（１３）を通って漏れる流体を排出するための出口（１８）がハウジング（１）内に設けられていること、
   第２シール装置は当該ロータ（２）の低圧側のロータ軸（８、９）のまわりに位置し、かつ、第１空隙接触シール（１３）と当該二重逆向きリップシール（１４）との間に、第１空隙接触シール（１３）と当該二重逆向きリップシール（１４）との間に流体を供給するための入口（２８）が設けられていること、
   そして、
   第１シール装置及び第２シール装置のハウジング（１）は、当該第３シール（１５）と当該軸受（５、１０）との間に、軸受（５、１０）の潤滑剤のための出口（２０）を有していること、
   を特徴とするスクリュー型圧縮機。
2. 空隙接触シール（１３、１５）の少なくとも一方は、ラビリンスシールか又は例えば螺旋シール等の粘性シールであることを特徴とする請求項1に記載のスクリュー型圧縮機。
3. シール装置は、出口（１８）又は入口（２８）又は大気への接続部（１９）が接続されているシール（１３、１４、１５）のうち少なくとも２つの間においてロータ軸（４、８、９）のまわりにリング形状室（１６、１７）を有していることを特徴とする請求項１または２に記載のスクリュー型圧縮機。
4. 高圧側又は出口側に設けられたロータ軸（８、９）の少なくとも一方をシールする装置は、第１シール（１３）と、圧縮機入口（７）に接続されたリップシール（１４）との間に出口（１８）を有していることを特徴とする請求項３に記載のスクリュー型圧縮機。
5. 低圧側又は入口側に設けられたロータ軸（４）の少なくとも一方をシールする装置は、第１シール（１３）と、流体源に接続されたリップシール（１４）との間に入口（２８）を有していることを特徴とする請求項４に記載のスクリュー型圧縮機。
6. シール装置は、液体が噴射される圧縮機であることを特徴とする請求項５に記載のスクリュー型圧縮機。

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