JP5155421B2

JP5155421B2 - スクリュ圧縮機

Info

Publication number: JP5155421B2
Application number: JP2011070724A
Authority: JP
Inventors: 透野口; 和人岡田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: JP2011149439A

Description

本発明は、スクリュ圧縮機に関する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開平１０−１４１２６２号公報特開２００２−３１００７９号公報特許第２５８００２０号公報

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。

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、前記歯車は、駆動源からの回転力が伝達される接続歯車と、前記ロータ軸の両方の前記接続歯車と反対側の端部に設けられ、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とを含み、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いものとする。

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の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。また、軸受用潤滑油で、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の参考例のスクリュ圧縮機の水平断面図。図１のスクリュ圧縮機の垂直断面図。図１のスクリュ圧縮機の吸込側の軸受室の断面図。図１のスクリュ圧縮機の吐出側の軸受室の断面図。本発明の第１実施形態のスクリュ圧縮機の水平断面図。図５のスクリュ圧縮機の垂直断面図。本発明の第２実施形態のスクリュ圧縮機の水平断面図。本発明の第３実施形態のスクリュ圧縮機の水平断面図。本発明の第４実施形態のスクリュ圧縮機の垂直断面図。図９のスクリュ圧縮機の吐出側の軸受室の断面図。

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、本発明の参考例のスクリュ圧縮機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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

続いて、図５および６に、本発明の第１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。

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。

さらに、図７に、本発明の第２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。

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。

さらに、図８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、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。

さらに、図９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。

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。

また、以上の説明では、スクリュロータを水で潤滑するスクリュ圧縮機において、ロータ室に供給される冷却水で軸受室の油溜まりの潤滑油も冷却するという、特に好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本発明は、例えば、互いに咬合するスクリュロータを同期歯車で駆動し、ロータ室に油も水も供給しない、いわゆる、オイルフリーのスクリュ圧縮機等にも適用できる。

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

Claims

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、
前記歯車は、駆動源からの回転力が伝達される接続歯車と、前記ロータ軸の両方の前記接続歯車と反対側の端部に設けられ、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とを含み、
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いことを特徴とするスクリュ圧縮機。
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。
前記冷却配管は、銅管からなる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。