JP4846645B2

JP4846645B2 - スクリュ圧縮機

Info

Publication number: JP4846645B2
Application number: JP2007092568A
Authority: JP
Inventors: 省二吉村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2008248829A

Description

本発明は、スクリュ圧縮機に関する。

スクリュ圧縮機では、圧縮したガスの圧力により、スクリュロータを吐出側から吸込側向かって押圧するスラスト力が作用する。そこで、スクリュ軸には、スラスト力を受けるスラスト軸受が必要となる。スクリュ軸にスラスト軸受を設ける場合、ケーシングなどの制約により受圧面積を大きくすることができず、スラスト軸受の寿命が短くなる問題がある。

そこで、特許文献１および２には、スクリュ軸の軸端部にピストンを設けてシリンダに嵌合させ、流体圧によりピストンを押圧して圧縮ガスによるスラスト力を相殺する構造が開示されている。しかしながら、圧縮ガスによるスラスト力とシリンダによる流体圧力とを完全にバランスさせることは難しく、依然として、スクリュ軸に作用するスラスト力を受け止める軸受構造が必要である。
特許第３７６６７２５号公報特許第３８４４６５１号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、スクリュ軸のスラスト力を受け止める軸受け構造の寿命が長いスクリュ圧縮機を提供することを課題とする。

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、互いに噛合う雌雄一対のスクリュロータと、前記スクリュロータの軸の吸込側の端部に設けられたピストンと、前記ピストンに嵌装され、形成される内部空間に加圧流体が供給されるシリンダと、前記シリンダの奥壁に配置され、前記ピストンと当接可能なスラストパッドとを有し、前記スラストパッドは、中央に前記加圧流体の流路となる貫通口を有し、前記スラストパッドの前記ピストンと当接する面に、前記貫通口に接続した放射状の放射溝を形成したものとする。

この構成によれば、シリンダの流体圧によってスクリュ軸のスラスト力を低減し、スクリュ軸のピストンがスラストパッドに当接して、スラストパッドにより残りのスラスト力を受け止める。また、スラスト力を受け止めるスラストパッドを加圧流体が供給されるシリンダ内に設けたことで、スクリュ軸の径の内側領域でもスラスト力を受ける止めることができるので受圧面積か大きく、加圧流体がピストンとスラストパッドとの当接面の摩耗を低減する潤滑剤の機能を果たすので、スラスト力を受け止めるスラストパッドの寿命が長い。

また、本発明のスクリュ圧縮機において、スラストパッドは、中央に加圧流体の流路となる貫通口を有するので、ピストンとスラストパッドとの当接面に中央から加圧流体を供給でき、スラストパッドの摩耗を効果的に低減できる。

また、スラストパッドのピストンと当接する面に、貫通口に接続した放射状の放射溝を形成したので、ピストンとスラストパッドとの当接面に、より効果的に加圧流体を供給できる。

さらに、スラストパッドのピストンと当接する面に、貫通口の開口を拡大する、環状の内周溝を形成すれば、スムーズに加圧流体を当接面に導き、スラストパッドの摩耗を効果的に低減できる。

また、スラストパッドの外周部に、放射溝に接続し、スクリュロータの軸方向に、その全厚みに亘って延伸する外周溝を形成すれば、スラストパッドの外径をシリンダの内径と略同じにして受圧面積を大きくしても、外周溝を介してスラストパッドの外周側からピストンとスラストパッドとの当接面に加圧流体を供給できる。

また、シリンダの奥壁に、加圧流体の流路からスラストパッドの外周部に至る供給溝を形成すれば、スラストパッドの裏側から外周に加圧流体を効果的に供給できる。

本発明によれば、スクリュ軸のスラスト力を低減するシリンダの内部に、スラスト力を受け止めるスラストパッドを配置したことにより、スラストパッドの受圧面積が大きく、シリンダに供給される加圧流体でスラストパッドの受圧面が潤滑されるので、スラストパッドの寿命が長い。

これより、本発明の実施形態および参考例について、図面を参照しながら説明する。
先ず、図１に、本発明の参考例のスクリュ圧縮機１の構成を示す。スクリュ圧縮機１は、不図示のケーシング内に、互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータ（オスロータ２およびメスロータ３）を有し、スクリュロータ２，３のスクリュ軸４，５は、それぞれ、ラジアル軸受け６，７によって回転可能に支持されている。スクリュロータ２，３は、回転することでガスを吸い込んで、圧縮して吐出する。このために、オスロータ２のスクリュ軸４は、吐出側に不図示のモータが接続されるようになっている。

スクリュ軸４，５の吸込側の端部には、それぞれ、ピストン８，９が設けられ、ピストン８，９には、不図示のケーシングに固定されたシリンダ１０が嵌装されている。シリンダ１０の、それぞれ、ピストン８，９で封止される内部空間には、ピストン８，９に対向するスラストパッド１１，１２が配置され、ピストン８，９がシリンダ１０の奥深く浸入したとき、スラストパッド１１，１２がピストン８，９に当接するようになっている。また、シリンダ１０の内部空間には、加圧流体（圧油）が供給されるようになっている。

図２に、シリンダ１０の内部を詳細に示す。シリンダ１０の奥壁１３の中央には、圧油が供給される供給口１４に連通し、圧油をシリンダ１０の内部空間に導く給油流路１５が形成されている。スラストパッド１１は、奥壁１３にピン１６によって位置決めして配置されている。

さらに、図３に示すように、スラストパッド１１は、中央に、給油流路１５をシリンダ１０の内部空間に連通させる貫通口１７が形成された環状の部材であり、片面がピストン８に当接する当接面１８になる。

以上のような構成からなるスクリュ圧縮機１がガスを圧縮しているとき、ピストン１０が設けられたスクリュ軸４は、スクリュロータ２，３に作用するガス圧により、吸込側（シリンダ１０の奥側）に向かって押し出される。シリンダ１０のピストン８に封止された内部空間に供給された圧油はピストン８をシリンダ１０から押し出す方向に押圧する。通常の運転条件では、スクリュ軸４をシリンダ１０に押し込むガス圧によるスラスト力が圧油の流体圧に勝り、ピストン８をスラストパッド１１に当接させる。スラストパッド１１は、シリンダ１０の奥壁３に固定されているので、その位置でピストン８のスラスト力を受け止める。

このとき、給油流路１５に供給された圧油は、貫通口１７を通して当接面１８に流出し、ピストン８との間に油膜を形成し、スラストパッド１１の摩耗を低減する。また、スラストパッド１１は、スクリュ軸４の端部に設けたピストン８を受け止めるので、圧接面１８の内径をスクリュ軸４の外径よりも小さくできている。このため、スラストパッド１１は、受圧面積が大きく、単位面積当たりの負荷が小さいので、長寿命である。

さらに、本発明の参考例および後述の実施形態において、ピストン８は、シリンダ１０の流体圧を受けるだけでなく、スクリュ軸４のスラスト力をスラストパッド１１に伝えるスラストカラーの役目を果たしている。よって、本発明のスクリュ軸受けは、従来のスラスト軸受け構造を設ける場合に比べて、部品点数が少なく、スクリュ軸４の長さ方向に短くできる。また、スラストパッド１１は、環状の簡素な形状であるので耐久性や加工性に優れる。

続いて、図４に、本発明の第１実施形態のスクリュ圧縮機１のスラストパッド１１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。

本実施形態のスラストパッド１１は、ピストン８に当接し得る当接面１８に、貫通口１７に接続された外周部まで達する放射状の放射溝１９が形成されている。また、スラストパッド１１は、当接面８に、貫通口１７の開口を拡大する環状の内周溝２０が形成されている。

本実施形態のスラストパッド１１は、内周溝２０および放射溝１９が、貫通口１７から当接面１８の外周側に圧油が行き渡り易くしており、当接面に圧油の被膜を確実に形成して、当接面１８の摩耗を低減できる。

さらに、図５に、本発明の第２実施形態のスクリュ圧縮機１のスクリュ軸４の端部の構成を示す。本実施形態において、スラストパッド１１は、図６に示すように、外周部に、放射溝１９にそれぞれ接続し、スクリュ軸４の軸方向の全厚みに亘って延伸する複数の外周溝２１が形成されている。

また、本実施形態では、シリンダ１０の奥壁１３には、スラストパッド１１の放射溝１９の直下に、給油流路１５からスラストパッド１１の外周溝２１に通じる放射状の供給溝２２が形成されている。

本実施形態によれば、給油流路１５から給油溝２２を介してスラストパッド１１の裏側から圧油を外周部まで導き、スラストパッド１１の外周溝２１から、放射溝１９および当接面１８に圧油を供給でき、当接面１８の摩耗を低減できる。

なお、給油流路１５から給油溝２２を介してスラストパッド１１の裏側の外周部に圧油を供給する過程では、圧油の圧力損失を生じにくい。従って、本実施形態によれば、スラストパッド１１の表側（当接面１８側）の外周部まで、参考例や第１実施形態のものより、多量の圧油を高圧のまま供給できる利点がある。

さらに、図７および図８に、本発明の図３とは別の参考例のスクリュ圧縮機１のスラストパッド１１を示す。本参考例において、スラストパッド１１は、それぞれ、微動可能な当接面１８を有する複数のティルティングパッド２３を有する。

本参考例のスラストパッド１１は、ピストン８を受け止める受圧面が複数のティルティングパッド２３により構成されているので、摩耗したティルティングパッド２３を個別に交換することができる。

さらに、図９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は、圧縮機ケーシング２４に収容したオスロータ２のスクリュ軸４の吸込側がモータケーシング内２５に延伸してモータ回転子２６の軸を兼ねており、その端部に、スラストパッド１１を配置したシリンダ１０に挿入されたピストン８が設けられている。しかしながら、不図示のメスロータ３のスクリュ軸５には、ピストン９が設けられていない。

本実施形態が示すように、本発明の軸受け構造は、スクリュロータ２，３の直近に設ける必要はなく、本発明の軸受け構造とスクリュロータ２，３との間のスクリュ軸４，５にいかなる構造が設けられてもよい。

本発明の参考例のスクリュ圧縮機の概略構成図。図１のスクリュ圧縮機の軸端部の部分断面図。図１のスクリュ圧縮機のスラストパッドの斜視図。本発明の第１実施形態のスクリュ圧縮機のスラストパッドの斜視図。本発明の第２実施形態のスクリュ圧縮機の軸端部の部分断面図。図５のスクリュ圧縮機のスラストパッドの斜視図。本発明の別の参考例のスクリュ圧縮機の軸端部の部分断面図。図７のスクリュ圧縮機のスラストパッドの斜視図。本発明の第３実施形態のスクリュ圧縮機の断面図。

符号の説明

１スクリュ圧縮機
２，３スクリュロータ
４，５スクリュ軸
８，９ピストン
１０シリンダ
１１，１２スラストパッド
１３奥壁
１４給油口
１５給油流路
１７貫通口
１８当接面
１９放射溝
２０内周溝
２１外周溝
２２供給溝

Claims

互いに噛合う雌雄一対のスクリュロータと、
前記スクリュロータの軸の吸込側の端部に設けられたピストンと、
前記ピストンに嵌装され、形成される内部空間に加圧流体が供給されるシリンダと、
前記シリンダの奥壁に配置され、前記ピストンと当接可能なスラストパッドとを有し、
前記スラストパッドは、中央に前記加圧流体の流路となる貫通口を有し、
前記スラストパッドの前記ピストンと当接する面に、前記貫通口に接続した放射状の放射溝を形成したことを特徴とするスクリュ圧縮機。
前記スラストパッドの外周部に、前記放射溝に接続し、前記スクリュロータの軸方向に、その全厚みに亘って延伸する外周溝を形成したことを特徴とする請求項１に記載のスクリュ圧縮機。
前記スラストパッドの前記ピストンと当接する面に、前記貫通口の開口を拡大する、環状の内周溝を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のスクリュ圧縮機。
前記シリンダの前記奥壁に、前記加圧流体の流路から前記スラストパッドの外周部に至る供給溝を形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスクリュ圧縮機。