JP5080128B2 - ねじ圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、大きな駆動パワーのための油注入式のねじ圧縮機（Ｏｅｌｕｅｂｅｒｆｌｕｔｅｔｅｒ Ｓｃｈｒａｕｂｅｎｖｅｒｄｉｃｈｔｅｒ）であって、２つのロータ、つまり４つ、５つまたは６つの歯を備えた、実質的に凸面状の歯面を有する主ロータと、６つまたは７つの歯を備えた副ロータとが設けられており、主ロータが駆動軸端部を有しており、両ロータが複数のケーシング部分、つまり吸込みケーシング部分と、ロータケーシング部分と、吐出しケーシングとにより包囲され、前記吸込みケーシング部分が少なくとも吸込み通路の部分と、ロータ対の歯溝内への作業媒体の進入のための入口窓の部分とを有しており、前記ロータケーシング部分がロータのプロフィル付けされた部分を少なくとも部分的に包囲し、前記吐出しケーシングが、ロータの回転の結果としてロータ対の歯溝からガスを押出すための少なくとも１つの出口窓ならびに出口通路を有している形式のものに関する。ロータのプロフィル部分はラジアル軸受により包囲される軸付設部を有している。軸付設部において軸方向の合力（スラスト力）はスラスト軸受により受容される。

油冷式もしくは給油式とも呼ばれるそのような油注入式のねじ圧縮機は、作業チャンバとも呼ばれる作業室を有している。作業室は、両ロータの歯溝室と、隣接するケーシング部分と、別の隣接する構成部分、例えば制御スライダとにより形成される。吸込み通路および入口窓は吸込み側で作業チャンバに隣接する。単数または複数の出口窓は吐出し側で作業チャンバに隣接する。ロータはラジアル軸受およびスラスト軸受により包囲される軸ジャーナルを有している。

圧縮機サイズ、吸込み圧力および最終圧力次第で、駆動軸端部、ラジアル軸受およびスラスト軸受は程度の差こそあれ強く負荷される。その際、両ロータの軸線間の間隔、つまり軸距は、最大の軸受サイズ、ひいては支承部の予め規定された寿命に関する軸受の耐荷量を決定する。駆動パワーと軸受負荷とには既存の圧縮機では関係がある。より高い運転圧力での運転時に生じる駆動パワーの上昇と共に、駆動軸端部におけるねじりモーメントならびにラジアル軸受およびスラスト軸受の負荷は拡大する。このことから、公知の圧縮機のための使用条件の制限が生じる。

４つまたは５つの歯を主ロータに備え、６つまたは７つの歯を副ロータに備え、約３００゜の主ロータにおける巻き角を備えた従来慣用のねじ圧縮機は、極端に大きな駆動パワーを受容し得ない。それというのも、ロータにおける支承部が、大きな負荷に鑑みて、容認可能な寿命を達成しないからである。既存の圧縮機の駆動パワーは、背景技術によれば、そのような圧縮機において約４０バールの作業圧力に制限されている。圧縮機はより高い駆動パワーのために部分負荷運転で運転されねばならない。このことは付加的な損失、ひいてはより高い運転コストを惹起する。

それゆえ、この使用事例のために、より大きな歯数を有する圧縮機が開発され、市場に導入されている。これらの圧縮機は、主ロータのプロフィル部分における約３００゜の巻き角を備え、主ロータにおける６つの歯と、副ロータにおける７つまたは８つの歯との歯数比を有している。これらの圧縮機はより小さな歯溝を有している。それにより、ラジアル軸受およびスラスト軸受に対する負荷は、４：６または５：６もしくは５：７の歯数比を有する先に挙げた圧縮機に比して小さい。そのような圧縮機における欠点は、この構成の圧縮機の内的な非密閉性、つまり漏れが、より大きな歯溝と４：６、５：６または５：７の歯数比を有する先に挙げた圧縮機に比して拡大する点にある。

作用線の長さと歯溝容積との幾何学的な比により表され得る内的な非密閉性は、６：８の歯数比を有する圧縮機では、先に挙げた圧縮機に対して２〜３の係数の分だけ拡大する。その結果、圧縮機の効率、すなわち体積効率、つまり搬送効率と、等エントロピー効率、つまりエネルギ転換時の効率とは低下される。

本発明の課題は、上記欠点を回避し、内的な非密閉性が悪化せず、圧縮機の変換可能な駆動パワーと軸受負荷に対するその作用とが、産業上の使用のために必要十分な寿命が達成されるような範囲内にあるねじ圧縮機を提供することである。本発明の別の課題は、構成部分標準化およびコスト低減の理由から、吸込み側と吐出し側との間のより小さな圧力段階のために構想されている既存の圧縮機の圧縮機構成部分、例えば軸受構成群を使用することである。

上記課題を解決するために本発明の構成では、軸受負荷を決定する、ロータ長さとロータの軸距との比が、両ロータのプロフィル部分の短縮により小さくされており、吸込み側で作業室に隣接して、中間プレートが、ロータケーシング部分内に固定的に配置されており、吸込み通路の部分を包含し、ロータ対の端面を非接触にシールし、かつロータ短縮により生じるスペースを機能的に充填するようにした。

本発明の別の有利な構成では：
−前記圧縮機の主ロータが約１５０゜〜２５０゜の範囲の巻き角を有している；
−前記圧縮機のロータのプロフィル部分の長さが、０．９〜１．３の、ロータの軸距に対する比を有している；
−中間プレートがケーシングのロータ部分内に配置されている；
−搬送期内の付加的な開口、つまりエコノマイザポートが、作業チャンバへの接続を有している；
ようになっている。

本発明の核心は、依然として４：６、５：６または５：７の歯数比を有するロータが使用され、軸受負荷を決定する、ロータ長さとロータの軸距との比が、公知の圧縮機に対して、両ロータのプロフィル部分の短縮により小さくされる点にある。ロータケーシング部分を使用するために、吸込み側で作業室に隣接して、中間プレートが、固定的に配置されており、吸込み通路の部分を包含し、かつロータ対の端面を非接触にシールする。本発明による圧縮機の主ロータは約１４０゜〜２３０゜の範囲の巻き角を有している。ロータ対は回転中吸込み行程と圧縮開始との間に、作業チャンバの幾何学的な容積変化のない搬送期を有している。軸距に対するロータ長さの比は約０．９〜１．３の間で変動する。

本発明の利点は、吸込み通路に接続する案内装置内の入口開口の窓形状により、吸込み行程の終了が有利には、最大の歯溝容積が達成された後およびロータ回転の結果としての歯溝縮小が開始する前に、つまり搬送期内で吸込み行程が終了するように確定される点にある。それにより、付加的な体積流量が、エコノマイザを備えた圧縮機構成時、搬送期内で供給され得る。このことは有利には搬送期のない圧縮機構成に対して冷却能力を拡大する。本発明による解決策の別の利点は、ねじ圧縮機が、唯一のロータの短縮による別の公知の解決策に対して、運転状態に依存せず、所定の押のけ容積を有している点にある。

別の利点は、より小さな駆動パワーのために構想された既存の圧縮機からの構成部分が使用され得るか、または少なくとも、構成部分、例えばロータのロータプロフィルおよび支承部およびロータケーシングの製作のための工具および装置が転用され、その結果、圧縮機を製造するためのコストが、構成部分、工具および製作補助手段の標準化により回避される点にある。

本発明による圧縮機は有利には、より小さな駆動パワーの圧縮機と同じ接続寸法を有している。

本発明の実施例について以下に説明する。

本発明によるねじ圧縮機は公知のねじ圧縮機とほぼ同じ構成部分を使用する。この圧縮機は、主ロータに相対回動不能に結合されている駆動軸端部５で、図示しないクラッチを介して駆動される。プロフィル部分が１８０゜の巻き角を有する５つ歯の主ロータ２およびプロフィル部分が１５０゜の巻き角を有する６つ歯の副ロータ３の歯溝は、作業チャンバを形成する。作業チャンバには吸込み側で本発明よりロータケーシング部分内に、主ロータ側および副ロータ側のための２つの部分から成っていることができる中間プレート７が隣接している。中間プレート７内には吸込み通路４および入口窓６が配置されている。

ロータ回転により、観察される歯溝対の溝容積は、拡大し（吸込み行程）、その後ある回転角領域にわたって一定にとどまり（搬送期）、そして縮小する（圧縮および押出し行程）。入口開口の構成により、入口開口はロータ回転の結果として、搬送期が開始した後、観察される歯溝対から遮断される。

圧縮機は開口８、つまりエコノマイザポートを、ロータを包囲するケーシングの周壁に、圧縮機の吸込み側と吐出し側との間に有していることができる。開口８は有利には吸込み行程の終了および歯溝対の閉鎖後、ロータ対の歯溝の搬送期の領域内に配置されている。軸ジャーナルには吸込み側にラジアル軸受１が配置され、吐出し側にラジアル軸受９およびスラスト軸受１０が配置されている。主ロータに対するスラスト力の補償のために、回転するディスク、つまり補償ピストン１１が非接触にシールするように配置されている。補償ピストン１１は圧油で負荷され、軸方向で主ロータ２に対するガス力に反作用する。

公知の構造形式のねじ圧縮機を示す図である。 本発明によるねじ圧縮機を示す図である。

符号の説明

１ ラジアル軸受
２ 主ロータ
３ 副ロータ
４ 吸込み通路
５ 駆動軸端部
６ 入口窓
７ 中間プレート
８ 開口
９ ラジアル軸受
１０ スラスト軸受
１１ 補償ピストン

Claims (4)

1. 油注入式のねじ圧縮機であって、２つのロータ、つまり４つ、５つまたは６つの歯を備えた、凸面状の歯面を有する主ロータと、６つまたは７つの歯を備えた副ロータとが設けられており、主ロータが駆動軸端部を有しており、両ロータが複数のケーシング部分、つまり吸込みケーシング部分と、ロータケーシング部分と、吐出しケーシングとにより包囲され、前記吸込みケーシング部分が少なくとも吸込み通路の部分と、ロータ対の歯溝内への作業媒体の進入のための入口窓の部分とを有しており、前記ロータケーシング部分がロータのプロフィル付けされた部分を少なくとも部分的に包囲し、前記吐出しケーシングが、ロータの回転の結果としてロータ対の歯溝からガスを押出すための少なくとも１つの出口窓ならびに出口通路を有している形式のものにおいて、
   軸受負荷を決定する、ロータ長さとロータの軸距との比が、両ロータのプロフィル部分の短縮により小さくされており、吸込み側で、前記ロータ対の歯溝により形成される作業チャンバに隣接して、中間プレートが、ロータケーシング部分内に固定的に配置されており、吸込み通路の部分を包含し、ロータ対の端面を非接触にシールし、かつロータ短縮により生じるスペースを充填している
   ことを特徴とする、ねじ圧縮機。
2. 前記圧縮機の主ロータが約１５０゜〜２５０゜の範囲の巻き角を有している、請求項１記載のねじ圧縮機。
3. 前記圧縮機のロータのプロフィル部分の長さが、０．９〜１．３の、ロータの軸距に対する比を有している、請求項１記載のねじ圧縮機。
4. 搬送期内の付加的な開口（８）、つまりエコノマイザポートが、前記作業チャンバへの接続を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載のねじ圧縮機。

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