JP5103246B2 - スクリュ圧縮機 - Google Patents

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Description

本発明は、スクリュ圧縮機に関するものである。
従来、雌雄一対のスクリュロータの各ロータ軸を水平方向に配置したスクリュ圧縮機では、各ロータ軸にタイミングギヤと軸受が取り付けられており、これらのタイミングギヤや軸受は、破損防止のため油により潤滑及び冷却がなされている。
従来技術においては、低速、中速回転の場合に用いられる一般的な潤滑方法として油浴法が挙げられる。油浴法においては、油面は原則として最下位の転動体の中心にあるように、オイルゲージを設けて、油面が容易に確認できるようにすることが望ましいとされている。しかしながら、スクリュ圧縮機等の容積型圧縮機の軸受やタイミングギヤの潤滑にこの油浴法を採用しようとした場合、軸受やタイミングギヤを収容する軸受ケーシングの外部形状などのために、必ずしも油面を視認しやすい位置にはオイルゲージを設けることができない可能性がある。
特許文献1においては、空気圧縮機のケーシングから被圧縮空気を取り出し、取り出された被圧縮空気をオイルミスト発生器の絞り部に導き、絞り部に発生した負圧により潤滑油を吸い上げてオイルミスト化し、オイルミストをケーシングの軸受やタイミングギヤに供給して潤滑している。この方法では、潤滑油の枯渇は回避できるものの、油面の位置が確認できないという問題は残る。
特許文献2においては、スクロール圧縮機のケーシング内に油面センサが設けられており、油面が油面センサの位置より低下すると、油面センサからの信号によってバルブが開き、潤滑油を貯留している油容器から潤滑油が供給される。しかしながら、スクロール圧縮機はロータ軸が鉛直方向に配置されたものであり、水平方向に配置されたスクリュ圧縮機に適用した場合、タイミングギヤによるはねかけのために、油面の変動が大きく、正確な油面の検出が困難である。
特許2580020号公報 特開2003−148370号公報
本発明は、ロータ軸を水平方向に配置し、そのロータ軸を支持する軸受の潤滑を油浴式にて行うよう構成したスクリュ圧縮機において、軸受室内の油面を正確に確認でき、軸受の油切れを生じることのな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の手段として、本発明のスクリュ圧縮機は、ロータ軸を水平方向に配置し、前記ロータ軸を支持する軸受を収容する軸受室の底部に油溜まりを形成し、前記軸受の下部を油に浸漬させて潤滑を行うように構成したスクリュ圧縮機において、前記軸受室と別に設けられたチャンバと、前記軸受室の前記油溜まりと前記チャンバとを連通する油ラインと、前記チャンバに設けられた油面検出手段とを備え、前記軸受室から油を排出する排油ラインを設け、前記油面検出手段が、前記チャンバの油面が予め設定された上限を示す第1の値より高い値を検出すると、前記排油ラインを介して前記軸受室から油を排出するようにした。
スクリュ圧縮機は、ロータ回転時には、軸受室の底部の油面は、油のはねかけにより揺動しているのでスクリュ圧縮機内部の油面検出手段は利用できない。しかしながら、前記手段によると、軸受室と、それとは別に設けられたチャンバとを連通させる油ラインを設けることで、圧縮機内部の油面の変動を受けることなく、圧縮機の軸受室とは別に設けられたチャンバの油面検出手段により油面を正確に検出することができる。この構成により、ケーシングとは別に設けられたチャンバの油面検出手段により、ケーシング内部の油面の変動を受けることなく油面を検出することができ、ケーシング内部から必要に応じた油の排出ができる。
また、本発明のスクリュ圧縮機は、ロータ軸を水平方向に配置し、前記ロータ軸を支持する軸受を収容する軸受室の底部に油溜まりを形成し、前記軸受の下部を油に浸漬させて潤滑を行うように構成したスクリュ圧縮機において、前記軸受室と別に設けられたチャンバと、前記軸受室の前記油溜まりと前記チャンバとを連通する油ラインと、前記チャンバに設けられた油面検出手段とを有し、前記チャンバの油面より上方に位置する空間と前記軸受室の油面より上方に位置する空間とを連通する連通ラインを備えるようにした。この構成により、圧縮機内部の油面の変動を受けることなく、圧縮機の軸受室とは別に設けられたチャンバの油面検出手段により油面を正確に検出することができる。
また、前記軸受室に、前記ロータ軸の一端に設けられて互いに噛み合うタイミングギヤを収容し、前記タイミングギヤの収容されている前記軸受室の前記油溜まりと、前記油ラインとの接続位置を、前記軸受潤滑可能な前記油溜まりの油面の下限の高さとすることが好ましい。この構成により、タイミングギヤの下部を油に浸漬させて潤滑を行うことができる。
また、前記軸受室に油を供給する給油ラインを設け、前記油面検出手段が、前記チャンバの油面が予め設定された下限を示す第の値より低い値を検出すると、前記給油ラインを介して前記軸受室に油を供給するものであることが好ましい。この構成により、ケーシングとは別に設けられたチャンバの油面検出手段により、ケーシング内部の油面の変動を受けることなく油面を検出することができ、チャンバ及び給油ラインを介してケーシング内部へ必要に応じた油の補給ができる。
さらに、本発明のスクリュ圧縮機は、前記軸受室から油を排出する排油ラインを設け、前記油面検出手段が、前記チャンバの油面が予め設定された上限を示す第1の値より高い値を検出すると、前記排油ラインを介して前記軸受室から油を排出し、前記軸受室に油を供給する給油ラインを設け、前記油面検出手段が、前記チャンバの油面が予め設定された下限を示す第の値より低い値を検出すると、前記給油ラインを介して前記軸受室に油を供給し、前記油ラインに油温度を検出可能な油温度検出手段を設け、前記油面検出手段が前記油面が前記第1の値と前記第2の値の間の予め設定された第3の値より高い値を検出し、かつ前記油温度検出手段が前記油温度が予め設定された値より高い値を検出すると、前記排油ラインを介して前記軸受室から前記油を排出するようにした。この構成により、給油ラインに油温度検出手段をさらに設けることで、油面及び油温度の値を基準とした油の排出をすることができる。
本発明によれば、スクリュ圧縮機の水平方向に配置されたロータの回転時には、軸受室底部の油面は揺動しているために圧縮機内部の油面検出手段は利用できないが、圧縮機の軸受室とは別のチャンバと、さらに軸受室とチャンバを連通させる油ラインと連通ラインを設けたので、圧縮機内部の油面の変動を受けることなく、圧縮機とは別に設けられたチャンバの油面を通じて、油面検出手段により、圧縮機内部の油面を検出し、正確に確認できる。そのため、軸受が油切れを生じることを回避できる。
また、油面制御を通じた油の補給を行うことで、油面低下による軸受破損を防止できる。
また、圧縮機とは別に設けられたチャンバは、軸受室の油溜まりの油面を検出するための構成と、油を供給するための構成とを兼用し、簡易な構成にすることができる。
また、圧縮機内部の油量が過多になると、油の攪拌により油温度が上昇して、粘度低下による軸受破損を起こす可能性があるが、油面及び油温度の値を基準とした制御を行うことで、そのような可能性を排除することができる。
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
図1は、本発明の実施形態にかかるスクリュ圧縮機1を示す。このスクリュ圧縮機1は、スクリュロータ2,3の冷却及び潤滑を水で行う水潤滑スクリュ圧縮機1で、互いに噛合する1対の雄ロータ2と雌ロータ3がロータケーシング4に収容されている。各ロータ2,3のロータ軸5,6は水平方向に配置されている。ロータケーシング4の一端はカバー7で閉塞され、ロータケーシング4の他端には、ロータ(回転子)8とステータ(固定子)9からなるモータ10を収容するモータケーシング11が取り付けられている。モータケーシング11の端部もカバー12で閉塞されている。雄ロータ2のロータ軸5とモータ10のモータ軸13は、一体に形成された軸を共有している(別体のロータ軸5とモータ軸13とを図示しないカップリング等で連結して、一体的に形成してもよい。)。ロータ軸5のスクリュロータ側端部は、ロータ側ころがり軸受14によりロータケーシング4に支持され、ロータ軸5の雄ロータ2とモータ10の中間部は中間ころがり軸受15によりロータケーシング4に支持され、さらにロータ軸5のモータ側端部はモータ側ころがり軸受16によりモータケーシング11に支持されている。雌ロータ3のロータ軸6の両端はころがり軸受17,18によりロータケーシング4に支持されている。ロータケーシング4は、軸受14,17を収容する吐出側軸受室21及び軸受15,18を収容する吸込側軸受室22を有しており、それぞれに油溜まり25,26を形成し、軸受14,15,17,18の潤滑を油浴式(あるいは油浴はねかけ式給油方式)にて行うように構成している。
吸込側軸受室22及び吐出側軸受室21の油面27,28より上方に位置する空間は、連通ライン29で連通していて、さらに大気とも連通している。ロータ軸5,6には、ロータ2,3が収容されるロータ室(圧縮空間)の内外を仕切るため、リップシール30が設けられている。雄ロータ2の軸端と雌ロータ3の軸端にはそれぞれタイミングギヤ31,32が固着され、該タイミングギヤ31,32は互いに噛合している。ロータケーシング4には、空気の吸込口33と吐出口34が形成されている。
吸込側軸受室22及び吐出側軸受室21とは別に、スクリュ圧縮機1の外部にチャンバ40が設けられている。チャンバ40には、後述するように、油が注入される。チャンバ40の油面41より上方に位置する空間は、圧縮機軸受室21,22の油面27,28より上方に位置する空間と連通ライン29で連通している。また、さらに連通ライン29は、大気とも連通している。チャンバ40の空間は、連通ライン29と連通せずに、大気開放としてもよい。チャンバ40には、油面センサ(油面検出手段)42が設けられている。
スクリュ圧縮機1の吸込側軸受室22及び吐出側軸受室21の底部(油溜まり)25,26とチャンバ40の底部は、油ライン43で連通している。タイミングギヤ31,32の収容されている軸受室21の油溜まり25と油ライン43とは、図2に示すように軸受14,17の潤滑可能な油溜まり25の油面27の下限(ここでは、トリップ油面48という。)の高さで接続されている。この油ライン43は、給油ラインと兼用しているが、油ライン43とは別の油供給ライン47を軸受室21,22に接続してもよい。油ライン43には、油温度Toを検出可能な油温度センサ44が設けられている。
油ライン43には、排油ライン45が分岐して設けられている。排油ライン45には排油用開閉弁46が設けられている。
チャンバ40には、油が貯留されている油タンク50から油ポンプ51及び油クーラ52を介して、油が供給されるようになっている。
水潤滑スクリュ圧縮機1には、油面センサ42、温度センサ44からの検出信号に基づいて油ポンプ51、排油用開閉弁46を制御する制御装置60が設けられている。
以上の構成からなるスクリュ圧縮機1では、モータ10の駆動によりロータ軸5を介して雄ロータ2が回転し、さらに、タイミングギヤ31,32を介して雌ロータ3が回転する。雌雄のロータ2,3の回転により、吸込口33から雌雄ロータ2,3が収容されるロータ室(圧縮空間)に吸い込まれた空気が圧縮され、吐出口34から吐出される。
チャンバ40の底部と吸込側軸受室22及び吐出側軸受室21の底部(油溜まり)25,26が油ライン43を介して連通し、チャンバ40の油面41と軸受室21,22の両油面27,28には連通ライン29を介して同じ圧力が加えられているので、パスカルの原理により、各油面27,28,41は一致する。しかし、現実には、吐出側軸受室21の油溜まり25と、油ライン43とが底部で接続されている場合には、タイミングギヤ31,32により油を攪拌すると、各油面27,28,41の高さにズレが生じることがわかっている。
本願発明の発明者らが行った実証試験(本発明にかかるスクリュ圧縮機1の油ライン43を設けない構成のもの)での実験結果によると、5000rpm、70℃又は、1000rpm、4℃の運転条件において、吐出側軸受室21の底部付近の圧力、特にその吐出側軸受室21のスクリュロータ2,3から遠いほうの面付近で且つ底部付近の圧力は、大気圧に比して約−150mmAqの負圧であった。
この実験結果から判断すると、運転時には、大気圧のチャンバ40と、それと油ライン43で連通している局所的に負圧の吐出側軸受室21底部付近との間で発生した圧力差により、チャンバ40から吐出側軸受室21側へと油ライン43を通じて油が移動し、チャンバ40での油面41の高さと、吐出側軸受室21での油面27の高さとの間に相違が生じる。また、これらの油面27,28,41の高さの相違は、各種状態(油の粘性、タイミングギヤ31,32の回転数など)によって変化する。
一方、本願発明の発明者らが行った実証試験では、タイミングギヤ31,32の収容されている軸受室21の油溜まり25と、油ライン43との接続位置を、トリップ油面48の高さにすると、油面27,28,41がトリップ油面48に近づいた状態において、チャンバ40での油面41の高さと、吐出側軸受室21での油面27の高さとの間にほとんど相違が生じないことが確認された。これは、負圧になっている吐出側軸受室21の底部への油ライン43からの油の移動が少なくなるからである。
図2に運転時における吐出側軸受室21の底部からの各位置(高さ)での大気圧との差を示す。トリップ油面48の高さにおける圧力と大気圧との差はΔpである。ただし、Δpは、微少な値であり、チャンバ40での油面41の高さと、吐出側軸受室21での油面27の高さとの間の相違は事実上差し支えない程度のものである。
上述したように、タイミングギヤ31,32の収容されている軸受室21の油溜まり25と油ライン43とをトリップ油面48の高さで接続すれば、油面27,41間に発生する高さの相違を回避しつつ、トリップ油面48の高さに油面27が達しているか否かの検知を確実に行うことができる。そして、吐出側軸受室21での油面27の高さが、トリップ油面48を下回ることがないようにすれば、軸受14,15,17,18が油切れが生じることを回避できる。
次に、制御装置60により制御される油の供給及び排出について説明する。チャンバ40の油面センサ42が、油面41が予め設定された下限の第1の値「高さLL」より低くなったことを検出すると、制御装置60により油ポンプ51が起動され、油タンク50から油クーラ52を通って冷却された油がチャンバ40(ひいては軸受室21,22)に供給される。油ポンプ51を起動してから所定時間経過したか、もしくは、油面41が予め設定された第3の値「高さM」(第1の値「高さLL」より高く、後述の第2の値「高さH」より低い)に達すると、油ポンプ51は停止される。パスカルの原理により、チャンバ40の油面41を上昇させると、油溜まり25,26の油面27,28も、連動して同じ高さに上昇する。その結果、チャンバ40の油面41の上昇によって軸受室21,22に油が供給されることになり、油面低下による軸受14,15,17,18の破損を防止できる。なお、「高さLL」は、トリップ油面48と同じかそれ以上の高さに設定されていればよい。
油面41が予め設定された上限の第2の値「高さH」より高くなると、排油用開閉弁46が開弁され、軸受室21,22から油が排出される。排油用開閉弁46が開弁されてから所定時間経過したか、もしくは、油面41が第3の値「高さM」に達すると、排油用開閉弁46は閉弁され、軸受室21,22からの油の排出が終えられる。油が入れすぎられると軸受14,15,17,18やタイミングギヤ31,32によってかき混ぜられる量が多くなり、油温度が上昇して粘度が低下することにより軸受14,15,17,18が破損を起こす可能性があるが、上記の構成により、そのような可能性を排除することができる(油の入れすぎを防止することができる)。
油面41が予め設定された上限の第2の値「高さH」より高くなっていなくても、第2の値「高さM」より高くなり、且つ、油温度Toが予め設定された上限温度より高くなると、排油用開閉弁46が開弁され、軸受室21,22から油が排出されるようにしてもよい。また、この場合、排油用開閉弁46が開弁されてから所定時間経過したか、もしくは、油面41が予め設定された「高さL」(第3の値「高さM」より低く、第1の値「高さLL」より高い)に達したか、もしくは、油温度Toが予め設定された温度(上記上限温度より低い温度)に低下すると、排油用開閉弁46が閉弁され、軸受室21,22から油の排出が終えられるようにしてもよい。上記の構成によっても、油温度Toが上昇して粘度が低下することにより、軸受14,15,17,18が破損する可能性を排除することができる。なお、上記のとおり、油温度Toが上限温度以上であっても、油面が「高さM」より低い場合には、油量確保が優先され、油の排出は行われない。
前記実施形態では、チャンバ40に油タンク50の貯留油を油ポンプ51により供給する構成としたので、軸受室21,22の油溜まり25,26の油面27,28を検出するための構成と、軸受室21,22に油を供給するための構成とが兼備されるので、構成が簡単になるメリットもある。
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明で開示された実施例により、本発明の技術思想が限定されるものではない。特許請求の範囲内で修正及び変形が可能である。例えば、チャンバ40の油面41より上方に位置する空間は、圧縮機軸受室21,22の油面27,28より上方に位置する空間と連通ライン29で連通し、大気開放されていなくてもよい。
また、チャンバ40の油面41より上方に位置する空間は、圧縮機軸受室21,22の油面27,28より上方に位置する空間と連通ライン29で連通したうえ、その連通ライン29を介して、いわゆる、不活性ガスを注入可能に構成されていてもよい。
本発明の実施形態にかかるスクリュ圧縮機の概略図(一部断面図)。 油ラインとタイミングギヤの収容されている軸受室の油溜まりとをトリップ油面の高さで接続した場合の、運転時における吐出側軸受室の底部からの各位置(高さ)での大気圧との差を示す図。
符号の説明
1 スクリュ圧縮機
2 雄ロータ
3 雌ロータ
4 ロータケーシング
5,6 ロータ軸
7 カバー
8 ロータ(回転子)
9 ステータ(固定子)
10 モータ
11 モータケーシング
12 カバー
13 モータ軸
14,15,16,17,18 軸受
21 吐出側軸受室
22 吸込側軸受室
25 油溜まり
26 油溜まり
27 油面
28 油面
29 連通ライン
30 リップシール
31,32 タイミングギヤ
33 吸込口
34 吐出口
40 チャンバ
41 油面
42 油面センサ
43 油ライン
44 油温度センサ
45 排油ライン
46 排油用開閉弁
47 給油ライン
48 トリップ油面
50 油タンク
51 油ポンプ
52 油クーラ
60 制御装置

Claims (7)

  1. ロータ軸を水平方向に配置し、前記ロータ軸を支持する軸受を収容する軸受室の底部に油溜まりを形成し、前記軸受の下部を油に浸漬させて潤滑を行うように構成したスクリュ圧縮機において、
    前記軸受室と別に設けられたチャンバと、
    前記軸受室の前記油溜まりと前記チャンバとを連通する油ラインと、
    前記チャンバに設けられた油面検出手段と
    を備え
    前記軸受室から油を排出する排油ラインを設け、前記油面検出手段が、前記チャンバの油面が予め設定された上限を示す第1の値より高い値を検出すると、前記排油ラインを介して前記軸受室から油を排出するものであることを特徴とするスクリュ圧縮機。
  2. ロータ軸を水平方向に配置し、前記ロータ軸を支持する軸受を収容する軸受室の底部に油溜まりを形成し、前記軸受の下部を油に浸漬させて潤滑を行うように構成したスクリュ圧縮機において、
    前記軸受室と別に設けられたチャンバと、
    前記軸受室の前記油溜まりと前記チャンバとを連通する油ラインと、
    前記チャンバに設けられた油面検出手段と
    を有し、
    前記チャンバの油面より上方に位置する空間と前記軸受室の油面より上方に位置する空間とを連通する連通ラインを備えることを特徴とするスクリュ圧縮機。
  3. 前記軸受室に、前記ロータ軸の一端に設けられて互いに噛み合うタイミングギヤを収容し、前記タイミングギヤの収容されている前記軸受室の前記油溜まりと、前記油ラインとの接続位置を、前記軸受潤滑可能な前記油溜まりの油面の下限の高さとしたことを特徴とする請求項1又は2に記載のスクリュ圧縮機。
  4. 前記軸受室に油を供給する給油ラインを設け、前記油面検出手段が、前記チャンバの油面が予め設定された下限を示す第の値より低い値を検出すると、前記給油ラインを介して前記軸受室に油を供給するものである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。
  5. 記軸受室から油を排出する排油ラインを設け、前記油面検出手段が、前記チャンバの油面が予め設定された上限を示す第の値より高い値を検出すると、前記排油ラインを介して前記軸受室から油を排出し、
    前記軸受室に油を供給する給油ラインを設け、前記油面検出手段が、前記チャンバの油面が予め設定された下限を示す第2の値より低い値を検出すると、前記給油ラインを介して前記軸受室に油を供給し、
    前記油ラインに油温度を検出可能な油温度検出手段を設け、前記油面検出手段が前記油面が前記第1の値と前記第2の値の間の予め設定された第3の値より高い値を検出し、かつ前記油温度検出手段が前記油温度が予め設定された値より高い値を検出すると、前記排油ラインを介して前記軸受室から前記油を排出するものであることを特徴とする請求項に記載のスクリュ圧縮機。
  6. 前記軸受室に、前記ロータ軸の一端に設けられて互いに噛み合うタイミングギヤを収容し、前記タイミングギヤの収容されている前記軸受室の前記油溜まりと、前記油ラインとの接続位置を、前記軸受を潤滑可能な前記油溜まりの油面の下限の高さとしたことを特徴とする請求項5に記載のスクリュ圧縮機。
  7. ロータ軸を水平方向に配置し、前記ロータ軸を支持する軸受を収容する軸受室の底部に油溜まりを形成し、前記軸受の下部を油に浸漬させて潤滑を行うように構成したスクリュ圧縮機において、
    前記軸受室と別に設けられたチャンバと、
    前記軸受室の前記油溜まりと前記チャンバとを連通する油ラインと、
    前記チャンバに設けられた油面検出手段と
    を備え、
    前記軸受室に、前記ロータ軸の一端に設けられて互いに噛み合うタイミングギヤを収容し、前記タイミングギヤの収容されている前記軸受室の前記油溜まりと、前記油ラインとの接続位置を、前記軸受を潤滑可能な前記油溜まりの油面の下限の高さとし、
    前記軸受室から油を排出する排油ラインを設け、前記油面検出手段が、前記チャンバの油面が予め設定された上限を示す第1の値より高い値を検出すると、前記排油ラインを介して前記軸受室から油を排出し、
    前記軸受室に油を供給する給油ラインを設け、前記油面検出手段が、前記チャンバの油面が予め設定された下限を示す第2の値より低い値を検出すると、前記給油ラインを介して前記軸受室に油を供給し、
    前記油ラインに油温度を検出可能な油温度検出手段を設け、前記油面検出手段が前記油面が前記第1の値と前記第2の値の間の予め設定された第3の値より高い値を検出し、かつ前記油温度検出手段が前記油温度が予め設定された値より高い値を検出すると、前記排油ラインを介して前記軸受室から前記油を排出するものであることを特徴とするスクリュ圧縮機。
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