JP4638582B2 - オイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、オイルフリースクリュ圧縮機の軸封装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
オイルフリースクリュ圧縮機は、おす・めす一対のスクリュロータと該スクリュロータを収納するシリンダとによって形成される作用空間内に冷却及び潤滑のための冷却媒体、例えば潤滑油を一切入れないため、この圧縮機本体から吐出された圧縮空気は潤滑油を含まない清浄な空気であるという特徴があり、医療や製紙、化学等多くの分野で使用されている。また前記スクリュロータの吸入側と吐出側とに突設したロータ軸上には該ロータ軸を支承する軸受が設けられ、該スクリュロータと軸受との間のロータ軸上には前記軸受を収納する軸受箱と前記作用空間との間を封止する複数のシール部材を組み合わせた軸封装置が設けられている。
【0003】
この軸封装置は、図7に示すように軸受101とスクリュロータ102間にエアシール103とオイルリング104を配置すると共に、該エアシールとオイルリング間に空間105を設け、この空間をベントホール106を介して大気と連通するかまたは圧縮空気の一部をここに導入することで、前記軸受101を潤滑する潤滑油(本願明細書において、グリースを含む。)が前記作用空間内に侵入しないようにしている。
【0004】
特に、吸入側の軸封装置に関しては、圧縮機が全負荷運転と無負荷運転とを繰り返す過程で吸入側の作用空間内が負圧となったときに、該作用空間内に軸受101を潤滑する潤滑油が侵入する虞がある。したがって、前記軸封装置の空間105内が負圧(マイナス圧力)とならないようにする必要がある。
【0005】
この種のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造は、実開平2−50195号公報が公知である。この軸封構造は、圧縮機本体から吐出され熱交換器で冷却した後の圧縮空気の一部を導通管によって吸入側の軸封装置の空間に導入することで、該空間を正圧に保つように構成されている。
【0006】
また、実開平2−74592号公報に示すオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造は、前記吸入側の軸封装置の空間と圧縮機の吸入口に接続するエアリクーナの2次側の空気通路とを配管を介して接続することで、該空間内および作用空間内へ塵埃が侵入することを防止している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封装置は、何れも軸受を収納する軸受箱と作用空間との間の軸封をエアシールとオイルリングの2つのシール部材の組み合わせにより構成されている。
【0008】
そのため、軸封装置の構造が複雑でコストも高いという問題があった。
【0009】
さらに、実開平2−50195号公報に示すオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造の場合、一旦圧縮した圧縮空気の一部を吸入側の軸封装置の空間に導くため、該空間に導入された圧縮空気は吸入側の作用空間内に流入して再膨張し、圧縮機本体が吸入する空気の容量を減少させ、延いては消費側へ供給する圧縮空気の容量を減少させるという虞があった。
【0010】
また、実開平2−74592号公報に示すオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造の場合、吸入側の軸封装置とエアクリーナの2次側の空気通路とを外部配管を介して連通する吸入側の軸封装置の空間内が弱い負圧となり、吸入側の作用空間内に潤滑油が侵入する虞が僅かながら生じる。さらに前記外部配管を接続する配管作業が別途必要となり、その分装置全体が複雑となりかつコストも高くなるという問題があった。
【0011】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、比較的簡単かつ安価な構造で、消費側へ供給する圧縮空気の容量を減少させることなく軸封装置および作用空間内への塵埃の侵入を防止し、さらに作用空間内への潤滑油の侵入を防止できるオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造は、おす・めす一対のスクリュロータの噛み合い回転により吸入空気を圧縮するオイルフリースクリュ圧縮機において、前記各スクリュロータ3,4の吸入側と吐出側とに突設したロータ軸5,5b上には該ロータ軸を支承する軸受8,10を設け、該軸受とスクリュロータとの間のロータ軸5,5b上には前記軸受8,10を収納する軸受箱7,9と作用空間15との間を封止する軸封装置11,12を設け、該軸封装置には各々前記ロータ軸を囲繞する空隙14を形成し、吸入側の軸封装置に形成した空隙14,14aと吐出側の軸封装置に形成した空隙14b、14cとの間には前記空隙同士を連通する連通路17を設けたことを特徴とする。これにより、作用空間から吐出側の軸封装置のエアシール部を介して漏洩した微量の圧縮空気が連通路を介して吸入側の軸封装置に形成した空隙内に流入し、この空隙内の負圧が緩和されて吸入側の軸受から作用空間に流入しようとする潤滑油を押し戻すため、比較的簡単かつ安価な構造で、消費側へ供給する圧縮空気の容量を減少させることなく軸封装置および作用空間内への塵埃の侵入を防止し、さらに作用空間内への潤滑油の侵入を防止できる。
【0013】
本発明の請求項2は、請求項1記載のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造において、おす・めすスクリュロータ3,4の吸入側のロータ軸上5,5aであって、前記軸受8とスクリュロータ3,4との間に各スクリュロータの歯の巻き方向と逆巻きの螺旋溝35を刻設したことを特徴とする。これにより、吸入側の軸封装置の空隙内に流入した圧縮空気を前記螺旋溝により吸入側の軸受方向に押し戻されるため、吸入側の軸受を潤滑した潤滑油が作用空間の吸入側に流入することを防止できる。
【0014】
本発明の請求項3は、請求項1または2記載のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造において、吸入側の軸封装置に形成した空隙14は、吐出側の軸封装置に形成した空隙14bとを連通する連通路17とは別に、大気と連通するベントホール40と連通し、該ベントホールの大気側には塵埃を濾過するエアフィルタ41を設けたことを特徴とする。これにより、吸入側の軸封装置の空隙内が吐出側の軸封装置から漏洩した圧縮空気で高圧になることを防止でき、軸封装置および作用空間内への塵埃の侵入を防止できる。
【0015】
本発明の請求項4は、請求項1〜3の何れか1項に記載のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造において、前記吸入側ロータ軸5,5aに設けた軸受8は、潤滑油を封入した密封軸受であると共に、該密封軸受を収納する軸受箱45の内壁46に前記密封軸受の作用空間側に形成する内側空間47と該密封軸受を挟んで内側空間の反対側に形成する外側空間48との間を連通する通路49を設けたことを特徴とする。これにより、前記密封軸受の内側空間と外側空間との圧力を均一に保持でき、前記密封軸受内に封入された潤滑油が流出することを防止できる。
【0016】
本発明の請求項5は、請求項1〜4の何れか1項に記載のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造において、前記連通路は、おすスクリュロータの吸入側の軸封装置11に形成した空隙14と吐出側の軸封装置12の空隙14bとを連通すると共に、めすスクリュロータの吸入側の軸封装置11aに形成した空隙と吐出側の軸封装置12aの空隙14cとを連通し、おすスクリュロータとめすスクリュロータのそれぞれに独立して前記連通路17,17aを形成したことを特徴とする。これによりおすスクリュロータの軸封装置に形成した空隙およびめすスクリュロータの軸封装置に形成した空隙の圧力各々を適正圧力に設定することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1実施形態を図1により説明する。
【0018】
図1は、オイルフリースクリュ圧縮機本体1(以下、単に「圧縮機本体」という。)を水平方向に切断した場合の断面図を示し、ケーシング2のシリンダ内にはおすスクリュロータ3(以下、「おすロータ」という。)とめすスクリュロータ4(以下、「めすロータ」という。)が噛み合い回転可能に並列配置すると共に、前記おす・めすロータの吸入側と吐出側とに突設したロータ軸上には該ロータ軸を支承する軸受を設けている。吸入側のロータ軸5を支承する軸受8は吸入側ケーシング6に形成される軸受箱7に嵌着し、吐出側のロータ軸5bを支承する軸受10はケーシング2に形成される軸受箱7に嵌着している。前記おすロータ3の吸入側に突設したロータ軸5の末端は図示しないモータ等の原動機と連結している。また、前記おす・めすロータ3,4の吐出側に突設したロータ軸5bの末端には該おす・めすロータの噛み合い隙間を適正に保持するためのタイミングギヤ31を設けている。
【0019】
前記吸入側軸受8とおす・めすロータ3,4との間のロータ軸5,5a上には吸入側軸封装置11が設けられ、前記吐出側軸受10とおす・めすロータ3,4との間のロータ軸5bには吐出側軸封装置12が設けられている。
【0020】
このうち、吸入側軸封装置11は、図4に示すように、ロータ軸5の外周と吸入側ケーシング6に穿設した軸穴13との間に所定寸法の空隙14(微少間隙)を形成し、該空隙を所定寸法に確保することにより吸入側軸受8を潤滑した潤滑油が前記スクリュロータとシリンダとによって形成される作用空間15の吸入側15aに侵入することを防止している。
【0021】
また、吸入側軸受8とおす・めすロータ3,4との間の軸穴13の軸線方向略中央部に相当する吸入側ケーシング6には吸入側ベントホール(空孔)16が穿設されており、該ベントホールの一端はおす・めすロータ軸5,5aの空隙14と連通すると共に、その他端は後述する連通路17と連通している(図4)。
【0022】
一方、前記吐出側軸封装置12はシール空間20bを挟んで作用空間15の吐出側15bにエアシール21が、軸受10側にオイルリング22のそれぞれが一対に組み合わされて配置している。
【0023】
このうち、エアシール21は作用空間15の吐出側15bから軸受10側に漏洩する圧縮空気の流出を防止するもので、オイルリング22は吐出側軸受10を潤滑した潤滑油が作用空間15の吐出側15b側に流出することを防止する。
【0024】
また、シール空間20bは軸封装置12の内周とロータ軸5bの外周との間に形成される空隙14b、14cと連通すると共に、ケーシング2の外壁23から前記軸封装置に向かって穿設する吐出側ベントホール24と連通していて、さらにケーシング2内には前記スクリュロータの軸線と並行に穿設された連通路17が設けられ、該連通路は前記吐出側ベントホール24と連通している。
【0025】
前記連通路17の途中には圧縮空気の流通量を制限する絞り25が設け、ベントホール16,24の外壁23,29側端部には盲プラグ26が設けられている。
【0026】
また、吐出側のベントホール24は、ケーシング2内のおすロータ3側のシール空間20bとめすロータ4側のシール空間を貫通して連通しており、これにより両シール空間は連通路17を介して吸入側ベントホール16と連通している。
【0027】
なお、30はケーシング2に装着した密閉カバーで、前記タイミングギヤを収納する。
【0028】
なお、本実施形態の図1ではめすロータ4の吐出側軸封装置の空隙14cをおすロータ3の吐出側軸封装置の空隙14bと連通するように構成しているが、図2に示すようにめすロータ4の吐出側軸封装置の空隙14cをベントホール24aを介して大気と連通させるようにしてもよい。
【0029】
次に本実施形態の作用について説明する。まず、原動機(図示せず)の始動によりおす・めすスクリュロータ3,4が回転すると作用空間15内に大気が吸入され圧縮作用を開始する。
【0030】
これにより、作用空間15の吸入側15aは大気の吸入により負圧状態となる。この負圧に伴い、吸入側ベントホール16側も同様に吸入側軸封装置11の空隙(微少間隙)14を介して連通しているため負圧状態となる。
【0031】
このとき、作用空間15の吐出側15bからエアシール21を介してシール空間20bに漏洩した微量の圧縮空気が連通路17、絞り25、吸入側ベントホール16を介して吸入側軸封装置11に流入するので空隙14内は弱い正圧(プラス圧力)となる。
【0032】
そのため、この漏洩した微量の圧縮空気の圧力で吐出側軸受10を潤滑した潤滑油は該軸受8側に押し戻す方向に作用する一方、作用空間15の吸入側15aの負圧が作用していた吸入側軸封装置11の空隙(微少間隙)14の負圧は緩和され、吐出側シール空間20内の圧力とほぼ同圧となるため、吸入側軸受8側から作用空間15側に流入しようとする潤滑油を押し戻す方向に作用する。
【0033】
したがって、吸入側作用空間15a内には負圧に伴う圧縮空気および軸受潤滑油の流入もない。
【0034】
図2は本発明の第2実施形態で、以下第1実施形態で説明した部材と同一部材は同一符号をもって説明すると共に、第1実施形態と異なる構造のみを説明する。
【0035】
吸入側ケーシング6の軸穴13とおす・めすロータ軸5,5aの外周との間には空隙(微少間隙)14,14aが形成されると共に、おす・めすロータ3,4側から吸入側ベントホール16に至る軸線方向のロータ軸5,5a上には、適宜長さにわたって螺旋状に刻設された螺旋溝35が形成されている。この螺旋溝35の巻方向は、おすロータ軸5においては該おすロータ3の歯の巻き方向と、めすロータ軸5aにおいては該めすロータ4の歯の巻き方向とそれぞれ逆方向に刻設されている。
【0036】
なお、本実施形態の図2ではめすロータ4の吐出側軸封装置の空隙14cをベントホール24a介して大気と連通するように構成しているが、前第1実施形態の図1に示すようにめすロータ4の吐出側軸封装置の空隙14cをおすロータ3の吐出側軸封装置の空隙14bと連通させるようにしてもよい。
【0037】
これにより、ロータ軸5,5aの回転により吸入側ベントホール16を介して前記空隙14,14a内に導入され、作用空間15の吸入側15aへ流入しようとする微量の圧縮空気を吸入側軸受8方向に押し戻すように作用するので、作用空間15の吸入側15a内に作用空間15の吐出側15bから漏洩した圧縮空気が流入して圧縮機の吸入性能を低下させることを防止すると共に、吸入側軸受8を潤滑した潤滑油が前記作用空間15内に侵入することもない。
【0038】
図3は本発明の第3実施形態を示しており、前第2実施形態で説明した構造に加え、吸入側ケーシング6には吸入側軸封装置11の空隙14,14a(微少間隙)と大気とを連通するベントホール40が穿設されている。
【0039】
このベントホール40は吸入側軸封装置11の空隙14と吐出側軸封装置12の空隙14b,14cとを連通する吸入側ベントホール16に加えて穿設されたもので、前記ベントホール40の外壁29側の末端部には塵埃を濾過するエアフィルタ41が設けられている。
【0040】
なお、本実施形態の図3ではめすロータ4の吐出側軸封装置の空隙14cをおすロータ3の吐出側軸封装置の空隙14bと連通するように構成しているが、前第2実施形態の図2に示すようにめすロータ4の吐出側軸封装置の空隙14cをベントホール24aを介して大気と連通させるようにしてもよく、この場合前記ベントホール24aの外壁23側の末端部に塵埃を濾過するエアフィルタが設けられる。
【0041】
したがって、圧縮機本体1の運転状態によって空隙14内が圧力変動する場合でも、ベントホール40は大気と連通しているので空隙14、4a内は常時一定の正圧状態を維持できる。併せて、大気中の塵埃はエアフィルタ41によって濾過されるので、圧縮機の停止中に吸入側軸封手段11内が塵埃で汚れることがない。
【0042】
図5は本発明の第4実施形態で、第1実施形態ないし第2実施形態の構造に加えロータ軸5を支承する吸入側軸受を潤滑油であるグリースを封入した密封軸受8aとすると共に、該軸受を収納する吸入側ケーシング6の軸受箱45の内壁46には密封軸受8aの作用空間15側に形成する内側空間47と該密封軸受を挟んで内側空間の反対側に形成する外側空間48とを通路49を介して連通させたものである。
【0043】
これにより、密封軸受8aに対して外部から潤滑油を給油する必要がなく、構造が簡略化でき、そのうえ密封軸受8aの内側空間47内と外側空間48内との圧力を均一に保持できるので、密封軸受8a内に封入されたグリースが外部に流出することを防止できる。
【0044】
図6は本発明の第5実施形態で、第1実施形態で説明したおすロータ3側の吸入側軸封装置11の空隙14と吐出側軸封装置12の空隙14b間を連通する連通路17と別に、めすロータ4側の吸入側軸封装置11aの空隙14aに連通するベントホール16aを穿設すると共に、吐出側軸封装置12aの空隙14cに連通するベントホール24aが穿設されている。
【0045】
さらに、ケーシング2内には前記スクリュロータの軸線と並行に穿設された連通路17aが設けられると共に、該連通路は絞り25aを介して前記2つのベントホール16a、24a間を連通している。
【0046】
以上、説明したように、本第5実施形態は連通路17,17aをおすロータ側とめすロータ側とに独立して形成したものであり、これにより例えばおすロータ3側の吐出側軸封装置12に漏洩した圧縮空気の圧力とめすロータ4側の吐出側軸封装置12aに漏洩した圧縮空気の圧力に差がある場合でも、絞り25,25aの絞り口径を変更することにより、おすロータ3側の吸入側軸封装置11およびめすロータ4側の吸入側軸封装置11aの圧力各々を適正圧力に設定することができる。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、おす・めす一対のスクリュロータの噛み合い回転により吸入空気を圧縮するオイルフリースクリュ圧縮機において、前記各スクリュロータの吸入側と吐出側とに突設したロータ軸上には該ロータ軸を支承する軸受を設け、該軸受とスクリュロータとの間のロータ軸上には前記軸受を収納する軸受箱と作用空間との間を封止する軸封装置を設け、該軸封装置には各々前記ロータ軸を囲繞する空隙を形成し、吸入側の軸封装置に形成した空隙と吐出側の軸封装置に形成した空隙との間には前記空隙同士を連通する連通路を設けたので、比較的簡単かつ安価な構造で、消費側へ供給する圧縮空気の容量を減少させることなく軸封装置および作用空間内への塵埃の侵入を防止し、さらに作用空間内への潤滑油の侵入を防止できるオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明オイルフリースクリュ圧縮機の概略断面図である。
【図2】 第2実施形態の説明図である。
【図3】 第3実施形態の説明図である。
【図4】 吸入側軸封装置の部分拡大図
【図5】 第4実施形態の説明図である。
【図6】 第5実施形態の説明図である。
【図7】 従来のオイルフリースクリュ圧縮機の概要図である。
【符号の説明】
1 圧縮機本体
2 ケーシング
3 おすスクリュロータ
4 めすスクリュロータ
5 ロータ軸
8 吸入側軸受
10 吐出側軸受
11 吸入側軸封装置
12 吐出側軸封装置
14 空隙(微少間隙)
15 作用空間
16 吸入側ベントホール
17 連通路
24 吐出側ベントホール
25 絞り
35 螺旋溝
Claims (5)
- おす・めす一対のスクリュロータの噛み合い回転により吸入空気を圧縮するオイルフリースクリュ圧縮機において、前記各スクリュロータの吸入側と吐出側とに突設したロータ軸上には該ロータ軸を支承する軸受を設け、該軸受とスクリュロータとの間のロータ軸上には前記軸受を収納する軸受箱と作用空間との間を封止する軸封装置を設け、該軸封装置には各々前記ロータ軸を囲繞する空隙を形成し、
吸入側の軸封装置に形成した空隙と吐出側の軸封装置に形成した空隙との間には前記空隙同士を連通して前記作用空間から吐出側の軸封装置のエアシール部を介して漏洩した微量の圧縮空気を吸入側の軸封装置に形成した前記空隙内に流入する連通路を設けたことを特徴とするオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造。 - おす・めすスクリュロータの吸入側のロータ軸上であって、前記軸受とスクリュロータとの間に、各スクリュロータの歯の巻き方向と逆巻きの螺旋溝を刻設したことを特徴とする請求項1記載のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造。
- 吸入側の軸封装置に形成した空隙は、吐出側の軸封装置に形成した空隙とを連通する連通路とは別に、大気と連通するベントホールと連通し、該ベントホールの大気側には塵埃を濾過するエアフィルタを設けたことを特徴とする請求項1または2記載のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造。
- 前記吸入側ロータ軸に設けた軸受は、潤滑油を封入した密封軸受であると共に、該密封軸受を収納する軸受箱の内壁に前記密封軸受の作用空間側に形成する内側空間と該密封軸受を挟んで内側空間の反対側に形成する外側空間とを連通する通路を設けたことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造。
- 前記連通路は、おすスクリュロータの吸入側の軸封装置に形成した空隙と吐出側の軸封装置に形成した空隙とを連通すると共に、めすスクリュロータの吸入側の軸封装置に形成した空隙と吐出側の軸封装置に形成した空隙とを連通し、おすスクリュロータとめすスクリュロータのそれぞれに独立して前記連通路を形成したことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造。
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