JP4717048B2 - Screw compressor - Google Patents
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Description
本発明は、スクリュ圧縮機に関する。 The present invention relates to a screw compressor.
雌雄一対のスクリュロータで空気を圧縮するスクリュ圧縮機では、スクリュロータ間およびスクリュロータとロータ室と間の潤滑およびシール、或いは、スクリュロータなどの冷却のために、ロータ室内に潤滑油を注入するものが一般的である。このような潤滑油を用いるスクリュ圧縮機では、吐出した圧縮空気から油分離器によって潤滑油を分離して、分離した潤滑油をロータ室内に再度注入するようになっている。また、潤滑油は、スクリュロータの軸を支持する軸受けを収容した軸受室にも注入され、軸受を潤滑し、軸受室から溢れた潤滑油は回収されて再度ロータ室または軸受室に注入される。ロータ室や軸受において発生する熱は、潤滑の温度を上昇させるため、回収した潤滑油を冷却するオイルクーラを備えるスクリュ圧縮機も多い。 In a screw compressor that compresses air with a pair of male and female screw rotors, lubricating oil is injected into the rotor chamber for lubrication and sealing between the screw rotors and between the screw rotor and the rotor chamber, or for cooling the screw rotor and the like. Things are common. In a screw compressor using such lubricating oil, the lubricating oil is separated from the discharged compressed air by an oil separator, and the separated lubricating oil is injected again into the rotor chamber. Lubricating oil is also injected into the bearing chamber that houses the bearing that supports the shaft of the screw rotor, lubricates the bearing, and the lubricating oil overflowing from the bearing chamber is recovered and injected again into the rotor chamber or bearing chamber. . Since the heat generated in the rotor chamber and the bearing increases the temperature of lubrication, there are many screw compressors equipped with an oil cooler that cools the recovered lubricating oil.
このような、油冷のスクリュ圧縮機では、吐出した圧縮空気から油分離器で潤滑油を分離するが、圧縮空気から油分を完全に除去することは困難である。このため、油分を含まない清浄な圧縮空気を必要とする食品工場、薬品工場、精密機器工場などでは、スクリュロータを油で潤滑するスクリュ圧縮機を使用することができない。そこで、ロータ室に水を供給して、スクリュロータを水で潤滑、シールおよび冷却するスクリュ圧縮機が提案されている。 In such an oil-cooled screw compressor, the lubricating oil is separated from the discharged compressed air by an oil separator, but it is difficult to completely remove the oil from the compressed air. Therefore, a screw compressor that lubricates the screw rotor with oil cannot be used in food factories, chemical factories, precision instrument factories, etc. that require clean compressed air that does not contain oil. Therefore, a screw compressor has been proposed in which water is supplied to the rotor chamber and the screw rotor is lubricated, sealed and cooled with water.
しかしながら、水は粘度が低いのでスクリュロータ同士を直接噛み合わせることが困難である。このため、金属製のスクリュロータを水で潤滑するスクリュ圧縮機では、ロータ軸の端部に、互いに咬合してクリュロータ同士の同期をとる同期歯車を設ける必要がある。スクリュ圧縮機では、同期歯車、ロータ軸の軸受、および、ロータ軸にモータの回転力を伝達する歯車なども潤滑する必要があるが、水ではこれらを十分に潤滑することが難しい。 However, since water has a low viscosity, it is difficult to directly mesh the screw rotors. For this reason, in the screw compressor which lubricates a metal screw rotor with water, it is necessary to provide the synchronizing gear which meshes | engages mutually and synchronizes screw rotors at the edge part of a rotor shaft. In the screw compressor, it is necessary to lubricate the synchronous gear, the rotor shaft bearing, and the gear that transmits the rotational force of the motor to the rotor shaft, but it is difficult to sufficiently lubricate these with water.
スクリュロータの軸受にすべり軸受を採用すれば、軸受を水でも潤滑することができる。しかしながら、すべり軸受は隙間が大きいので調芯精度が低く、摩擦も大きいため摩耗のために寿命が短いという欠点があり、転がり軸受の使用が望まれる。 If a slide bearing is adopted as a screw rotor bearing, the bearing can be lubricated even with water. However, since the slide bearing has a large gap, the alignment accuracy is low, and the friction is large. Therefore, the slide bearing has a disadvantage that its life is short due to wear, and the use of a rolling bearing is desired.
また、樹脂製のスクリュロータを用いることで、水潤滑であっても、スクリュロータ同士を直接噛み合わせることが可能である。しかしながら、樹脂製のスクリュロータは、金属製のスクリュロータに比べて線膨張係数が大きく、経年的に水分を吸収して膨張する心配もあるため、クリアランスを大きくしなければならず、性能が劣るという問題がある。 Further, by using a resin screw rotor, the screw rotors can be directly meshed with each other even with water lubrication. However, resin screw rotors have a larger coefficient of linear expansion than metal screw rotors, and there is a concern that they will absorb moisture over time, so that the clearance must be increased and the performance is inferior. There is a problem.
以上のように、水潤滑式のスクリュ圧縮機でも、軸受や歯車を潤滑油で潤滑することが望まれる。そこで、水潤滑式のスクリュ圧縮機では、軸受および歯車を収容する軸受室に潤滑油を封入して、軸受や歯車の一部を浸漬するような油溜まりを形成している。しかしながら、軸受や歯車の摩擦によって生じた熱が、潤滑油の温度上昇を招き、潤滑不良を引き起こしたり、潤滑油の寿命を低下させる問題がある。また、軸受および歯車を潤滑するためだけの潤滑油を圧縮機の外部に導出して循環冷却させるような付帯設備を設けると、コスト負担が過大となる。
前記問題点に鑑みて、本発明は、スクリュ圧縮機の、特にスクリュロータを水で潤滑するスクリュ圧縮機の軸受用潤滑油を冷却することができるスクリュ圧縮機を提供することを課題とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a screw compressor that can cool a lubricating oil for a bearing of a screw compressor, particularly a screw compressor that lubricates a screw rotor with water.
前記課題を解決するために、本発明によるスクリュ圧縮機は、互いに咬合する雌雄一対のスクリュロータを収容し、冷却水が供給されるロータ室と、前記スクリュロータのロータ軸を支持する軸受を保持し、潤滑油を貯留する油溜まりを備える軸受室とを有し、前記油溜まりを貫通して設けた冷却配管を通して、前記冷却水を前記ロータ室に供給し、前記スクリュロータの少なくともいずれかのロータ軸は、前記軸受室内に歯車を有し、前記歯車は、少なくとも部分的に前記油溜まりに浸漬され、前記油溜まりは、前記歯車の少なくとも前記潤滑油に浸漬されている部分の直下の外形が、前記歯車の外周より僅かに大きい円筒形に形成されているものとする。 In order to solve the above problems, a screw compressor according to the present invention accommodates a pair of male and female screw rotors that mesh with each other, holds a rotor chamber to which cooling water is supplied, and a bearing that supports the rotor shaft of the screw rotor. And a bearing chamber having an oil reservoir for storing lubricating oil, supplying the cooling water to the rotor chamber through a cooling pipe penetrating the oil reservoir, and at least one of the screw rotors The rotor shaft has a gear in the bearing chamber, the gear is at least partially immersed in the oil reservoir, and the oil reservoir has an outer shape immediately below at least a portion of the gear immersed in the lubricating oil. Is formed in a cylindrical shape slightly larger than the outer periphery of the gear.
この構成によれば、軸受用潤滑油を、スクリュ圧縮機の内部で、冷却配管を介してスクリュロータを冷却する冷却水と熱交換させて冷却できる。また、この構成は簡単であるためコスト増が僅かでありながら、潤滑油の冷却により、潤滑不良を防止し、潤滑油や軸受を長寿命化し、スクリュ圧縮機の高速運転も可能にする。 According to this configuration, the bearing lubricating oil can be cooled by exchanging heat with the cooling water for cooling the screw rotor via the cooling pipe inside the screw compressor. In addition, since this configuration is simple and the cost increases slightly, cooling of the lubricating oil prevents lubrication failure, prolongs the life of the lubricating oil and the bearing, and enables high-speed operation of the screw compressor.
前記構成によれば、歯車が、少なくとも部分的に前記油溜まりに浸漬されているので、潤滑油によって、軸受だけでなく、歯車を潤滑および冷却できる。 According to the above configuration, since the gear is at least partially immersed in the oil reservoir , not only the bearing but also the gear can be lubricated and cooled by the lubricating oil.
また、前記構成によれば、前記歯車の少なくとも前記潤滑油に浸漬されている部分の直下の前記油溜まりの外形が、前記歯車の外周より僅かに大きい円筒形に形成されているので、車が撹拌する潤滑油の量が少なくなり、熱の発生が低減されるので、潤滑油の温度を低く保つことができる。 Further , according to the above configuration, the outer shape of the oil reservoir immediately below the portion of the gear immersed in the lubricating oil is formed in a cylindrical shape slightly larger than the outer periphery of the gear. Since the amount of lubricating oil to be stirred is reduced and heat generation is reduced, the temperature of the lubricating oil can be kept low.
また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記歯車は、駆動源からの回転力が伝達される接続歯車であってもよく、前記ロータ軸の両方に設けられ、互いに咬合して前記ロータ軸を同期して回転させる同期歯車であってもよい。 In the screw compressor according to the present invention, the gear may be a connection gear to which a rotational force from a driving source is transmitted, and is provided on both of the rotor shafts and meshes with each other to synchronize the rotor shaft. And a synchronous gear that is rotated.
この構成によれば、スクリュロータの駆動や同期のための歯車を潤滑および冷却できる。 According to this configuration, the gear for driving and synchronizing the screw rotor can be lubricated and cooled.
また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記接続歯車が浸漬された前記油溜まりを貫通する前記冷却配管の径は、前記同期歯車が浸漬された前記油溜まりを貫通する前記冷却配管の径より大きくてもよい。 In the screw compressor of the present invention, the diameter of the cooling pipe that penetrates the oil reservoir in which the connection gear is immersed is larger than the diameter of the cooling pipe that penetrates the oil reservoir in which the synchronous gear is immersed. May be.
この構成によれば、接続歯車の潤滑油と冷却流体との伝熱面積が、同期歯車の潤滑油と冷却流体との伝熱面積より大きいので、同期歯車よりも伝達トルクが大きく、発熱量の大きい接続歯車の潤滑油を、十分に冷却できる。 According to this configuration, since the heat transfer area between the lubricating oil and the cooling fluid of the connecting gear is larger than the heat transfer area between the lubricating oil and the cooling fluid of the synchronous gear, the transmission torque is larger than that of the synchronous gear, and the amount of generated heat is reduced. Large connecting gear lubricant can be cooled sufficiently.
また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記接続歯車が浸漬された前記油溜まりを貫通する前記冷却配管と、前記同期歯車が浸漬された前記油溜まりを貫通する前記冷却配管とを並列に接続してもよい。 In the screw compressor of the present invention, the cooling pipe that penetrates the oil reservoir in which the connection gear is immersed and the cooling pipe that penetrates the oil reservoir in which the synchronous gear is immersed are connected in parallel. May be.
この構成によれば、接続歯車が浸漬された油溜まりを貫通する冷却配管を流れる冷却流体の流量と、同期歯車が浸漬された油溜まりを貫通する冷却配管を流れる冷却流体の流量とを配管径などによって異ならせることができ、冷却効果の差を自由に設定できる。 According to this configuration, the flow rate of the cooling fluid flowing through the cooling pipe penetrating the oil sump in which the connecting gear is immersed and the flow rate of the cooling fluid flowing in the cooling pipe penetrating the oil sump in which the synchronous gear is immersed are calculated as the pipe diameter. The difference in cooling effect can be freely set.
また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記冷却配管は、銅管からなってもよい。 Moreover, the screw compressor of this invention WHEREIN: The said cooling piping may consist of copper pipes.
この構成によれば、熱伝導率の高い銅管により、効率よく潤滑油を冷却できる。 According to this configuration, the lubricating oil can be efficiently cooled by the copper pipe having high thermal conductivity.
また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記軸受室を形成するケーシングの外側に冷却フィンを設けてもよい。 In the screw compressor of the present invention, cooling fins may be provided outside the casing forming the bearing chamber.
この構成によれば、冷却流体との熱交換に加え、潤滑油の熱をケーシングを介して外気に放出できる。 According to this configuration, in addition to heat exchange with the cooling fluid, the heat of the lubricating oil can be released to the outside air through the casing.
本発明によれば、ロータ軸の軸受の潤滑油の油溜まりを貫通する冷却配管を設けるという簡単な構成により、潤滑油を冷却できる。これにより、潤滑不良を防止し、潤滑油や軸受を長寿命化でき、スクリュ圧縮機の高速運転も可能にする。 According to the present invention, the lubricating oil can be cooled by a simple configuration in which the cooling pipe penetrating the oil reservoir of the lubricating oil in the bearing of the rotor shaft is provided. This prevents poor lubrication, extends the life of the lubricating oil and the bearing, and enables high-speed operation of the screw compressor.
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1および2に、本発明の第1実施形態のスクリュ圧縮機1を示す。スクリュ圧縮機1は、ハウジング2に形成されたロータ室3の中に、互いに咬合する雌雄一対のスクリュロータ(雄ロータおよび雌ロータ)4,5が回転可能に収容されている。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.
1 and 2 show a screw compressor 1 according to a first embodiment of the present invention. In the screw compressor 1, a pair of male and female screw rotors (male rotor and female rotor) 4 and 5 that mesh with each other are rotatably accommodated in a
スクリュロータ4,5は、回転することによって、ハウジング2に形成されたロータ室3に連通する吸込口6から空気を吸い込んで圧縮し、吐出口7から圧縮空気を吐出するようになっている。
As the
スクリュロータ4,5のロータ軸8,9は、ロータ室3の両側にそれぞれ形成された軸受室10,11内に保持された転がり軸受12,13によって回転可能に支持されている。ロータ室3と軸受室10,11とは、シール部材14,15によって隔離されている。吸込側の軸受室10は、モータ16のフランジ17によって封止され、吐出側の軸受室11は、カバー18によって封止されている。
The
雄ロータ4のロータ軸8の吸込側の端部には、接続歯車19が設けられている。接続歯車19は、モータ16のフランジ17から軸受室10内に突出するモータ軸20に設けられた駆動歯車21に咬合し、モータ16の回転力をロータ軸8に伝達する。
A connecting
また、ロータ軸8,9の吐出側の端部には、互いに咬合する同期歯車22,23が設けられている。同期歯車22,23は、ロータ軸8,9の回転を同期させ、スクリュロータ4,5をクリアランスを保って互いに接触しないように回転させる。
図2に示すように、軸受室10,11には、それぞれ、軸受12,13を潤滑する潤滑油が封入されている。封入された潤滑油は、軸受室10,11の下方に貯留され、それぞれ油溜まり24,25を形成している。油溜まり24,25は、液面が軸受12,13、接続歯車19および同期歯車22,23の少なくとも一部を浸漬する高さになっている。
As shown in FIG. 2, the
また、図3および図4に示すように、スクリュ圧縮機1は、吸込側の軸受室10の油溜まり24を貫通するように、ハウジング2を外側から内側へ、さらに内側から外側へと貫通する、銅管からなる冷却配管26と、吐出側の軸受室11の油溜まり25を貫通するように、カバー18を外側から内側へ、さらに内側から外側へと貫通する、銅管からなる冷却配管27とを有している。冷却配管26,27は、熱電対の設置などに使用されるボアードスルー型継手28によって、ハウジング2およびカバー18に対して気密に取り付けられている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the screw compressor 1 penetrates the
図1に示すように、吸込側の軸受室10を貫通する冷却配管26には、水クーラ29から冷却水(冷却流体)が供給され、軸受室10の油溜まり24を貫通する冷却配管26の中を貫流した冷却水は、さらに、吐出側の軸受室11の油溜まり25を貫通する冷却配管27内を貫流し、ロータ室3に供給される。ロータ室3に供給された冷却水は、ロータ室3およびスクリュロータ4,5を冷却するとともに、スクリュロータ4,5間、および、スクリュロータ4,5とロータ室3との内壁との間をシールする。ロータ室3に供給された冷却水は、圧縮空気と共に吐出口7から吐出され、気液分離器30において圧縮空気から分離されて水クーラ29に環流される。
As shown in FIG. 1, cooling water (cooling fluid) is supplied from the
スクリュ圧縮機1において、軸受室10,11に封入された潤滑油は、軸受12,13の転がり摩擦、接続歯車19と駆動歯車21との摩擦、同期歯車22,23間の摩擦による発熱、および、潤滑油が撹拌されることによる発熱により、温度が上昇する。しかしながら、冷却配管26,27内を流れる冷却水が、冷却配管26,27を介して潤滑油と熱交換し、潤滑油の熱を奪うので、潤滑油の温度が過剰に上昇することを防止する。
In the screw compressor 1, the lubricating oil enclosed in the bearing
このように、スクリュ圧縮機1では、冷却配管26,27を設けたことで、潤滑油の過熱が防止されるので、潤滑不良による軸受12,13や歯車18、21,22,23の焼き付きを防止でき、スクリュロータ4,5を高速回転して圧縮能力を高めることができる。また、潤滑油の過熱防止によって潤滑油の劣化を予防することもでき、スクリュ圧縮機1のメンテナンスコストを低減できる。
Thus, in the screw compressor 1, since the cooling
続いて、図5および6に、本発明の第2実施形態のスクリュ圧縮機1を示す。以降の説明において、先に説明した構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付して説明を省略する。本実施形態のスクリュ圧縮機1では、接続歯車19を収容した軸受室10の油溜まり24を貫通する冷却配管26の径を、同期歯車22,23を収容した軸受室11の油溜まり25を貫通する冷却配管27の径より大きくしている。
5 and 6 show a screw compressor 1 according to a second embodiment of the present invention. In the following description, the same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the screw compressor 1 of this embodiment, the diameter of the cooling
接続歯車19は、モータ16の出力するトルクを全て雄ロータ4のロータ軸8に伝達するが、同期歯車22,23は、モータ16のトルクの一部分を雌ロータ5のロータ軸9に伝達し、両ロータ軸8,9間の同期を取るだけのものである。よって、接続歯車19および駆動歯車21の発熱量は、同期歯車22,23の発熱量よりも大きい。本実施形態では、軸受室10,11内の発熱量に応じて、冷却配管26,27と油溜まり24,25との伝熱面積を異ならせ、油溜まり24の温度と油溜まり25の温度とを略同じ温度に冷却できるようにしてある。なお、冷却配管26,27の口径が大きくなると、冷却配管26,27内の冷却水の流速は低くなるが、伝熱面積の増加による冷却効率の上昇は、流速の低下による冷却効率の低下に勝る。
The connecting
さらに、図7に、本発明の第3実施形態のスクリュ圧縮機1を示す。本実施形態のスクリュ圧縮機1では、軸受室10を貫通する冷却配管26の径が軸受室11を貫通する冷却配管27の径より大きいだけでなく、冷却配管26と冷却配管27とが並列に接続されている。つまり、クーラ29から供給される冷却水は、直前で分岐されて冷却配管26と冷却配管27とにそれぞれ供給され、冷却配管26,27を貫流した冷却水は、合流してロータ室3に導入される。
Furthermore, in FIG. 7, the screw compressor 1 of 3rd Embodiment of this invention is shown. In the screw compressor 1 of the present embodiment, not only the diameter of the cooling
本実施形態では、冷却配管26内の冷却水の流速が、冷却配管27内の冷却水の流速より遅くならない。また、オリフィスなどを使用して、冷却配管26と冷却配管27との冷却水の流速の比を自在に設定することもできる。このため、接続歯車19および駆動歯車21の発熱量が同期歯車22,23の発熱量に比べて相当に大きい場合にも、油溜まり24の冷却能力と、油溜まり25の冷却能力との比を適切に設定できる。
In the present embodiment, the flow rate of the cooling water in the cooling
さらに、図8に、本発明の第4実施形態のスクリュ圧縮機1を示す。本実施形態のスクリュ圧縮機1は、軸受室10を形成するハウジング2および軸受室11を封止するカバー18の外側に、冷却フィン31を突出して形成してある。本実施形態は、この冷却フィン31によって、潤滑油の熱を外気に放散させることもできるので、軸受室10および軸受室11内に封入した潤滑油を冷却する効果がより高くなっている。
Furthermore, in FIG. 8, the screw compressor 1 of 4th Embodiment of this invention is shown. In the screw compressor 1 of the present embodiment, cooling
さらに、図9に、本発明の第5実施形態のスクリュ圧縮機1を示す。本実施形態のスクリュ圧縮機1では、さらに、図10に示す軸受室11のように、軸受室10を形成するハウジング2および軸受室11を封止するカバー18は、それぞれ、接続歯車19および同期歯車22,23の直下の油溜まりの外形を画定する部分が接続歯車19および同期歯車22,23の外周より僅かに大きな円筒形に形成されている。つまり、ハウジング2およびカバー18は、油溜まり24,25の外形を画定する部分の、ロータ軸8,9に対して直角方向の断面の形状が、それぞれ、歯車19,22,23の外形よりも僅かに大きな径の円弧になるように、形成されている。これによって、接続歯車19および同期歯車22,23が直接撹拌する潤滑油の量が少なくなり、潤滑油の発熱量が小さくなる。
Furthermore, in FIG. 9, the screw compressor 1 of 5th Embodiment of this invention is shown. In the screw compressor 1 of the present embodiment, the
以上の実施形態では、冷却配管26,27に銅管を使用しているが、銅管は、熱伝導率が高いだけでなく、安価な市販の管継手によって容易に配管できるため、製造コストの低減にも寄与する。
In the above embodiment, copper pipes are used for the cooling
1 スクリュ圧縮機
2 ハウジング
3 ロータ室
4 スクリュロータ(雄ロータ)
5 スクリュロータ(雌ロータ)
8,9 ロータ軸
10,11 軸受室
12,13 軸受
19 接続歯車
21 駆動歯車
22,23 同期歯車
24,25 油溜まり
26,27 冷却配管
31 放熱フィン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
5 Screw rotor (female rotor)
8, 9
Claims (8)
前記スクリュロータのロータ軸を支持する軸受を保持し、潤滑油を貯留する油溜まりを備える軸受室とを有し、
前記油溜まりを貫通して設けた冷却配管を通して、前記冷却水を前記ロータ室に供給し、
前記スクリュロータの少なくともいずれかのロータ軸は、前記軸受室内に歯車を有し、
前記歯車は、少なくとも部分的に前記油溜まりに浸漬され、
前記油溜まりは、前記歯車の少なくとも前記潤滑油に浸漬されている部分の直下の外形が、前記歯車の外周より僅かに大きい円筒形に形成されていることを特徴とするスクリュ圧縮機。 A rotor chamber containing a pair of male and female screw rotors that mesh with each other, and supplied with cooling water;
Holding a bearing that supports the rotor shaft of the screw rotor, and having a bearing chamber provided with an oil reservoir for storing lubricating oil;
Through the cooling pipe provided through the oil reservoir, the cooling water is supplied to the rotor chamber ,
The rotor shaft of at least one of the screw rotors has a gear in the bearing chamber,
The gear is at least partially immersed in the oil sump;
A screw compressor , wherein the oil reservoir is formed in a cylindrical shape in which an outer shape directly below at least a portion of the gear immersed in the lubricating oil is slightly larger than an outer periphery of the gear .
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