JP5203805B2

JP5203805B2 - Compressor

Info

Publication number: JP5203805B2
Application number: JP2008144597A
Authority: JP
Inventors: 慎一郎栗田; 茂新井; 彰規赤沼
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2028-06-02
Also published as: JP2009293384A

Description

本発明は、可燃ガス等を扱う圧縮機に関し、特に３０ＭＰａを超えるような高圧で吐出する小容量高圧の圧縮機のシール構造に関する。 The present invention relates to a compressor that handles combustible gas and the like, and more particularly, to a seal structure of a small-capacity high-pressure compressor that discharges at a high pressure exceeding 30 MPa.

現在、水素燃料電池自動車はガソリン車並の航続距離を達成する為に、燃料タンクへの水素ガス充填圧力は７０ＭＰａが必要であるとされており、このために軽量ガスの昇圧に優れた往復圧縮機が選定されている。３０ＭＰａを超える高圧の往復圧縮機では、一般的に圧縮動作で高圧となるシリンダ部分からフレーム部分へ圧縮の漏れガスや潤滑油のフレームへの混入を防止するため、両者間に高いシール性を持たせるため、特許件文献１に示されるような筒状ケース等からなるディスタンスピースが設置されている。 At present, hydrogen fuel cell vehicles are required to have a hydrogen gas filling pressure of 70 MPa in order to achieve a cruising range similar to that of a gasoline vehicle. The machine is selected. A high-pressure reciprocating compressor exceeding 30 MPa generally has a high sealing performance between the cylinder part, which becomes a high pressure during the compression operation, in order to prevent compression leakage gas and lubricating oil from entering the frame. Therefore, a distance piece made of a cylindrical case or the like as shown in Patent Document 1 is installed.

ところが、ディスタンスピースが付いている圧縮機は寸法が大きくなり、水素ステーション用水素圧縮機としてコンパクト性が要求されるガソリンスタンド等での使用には不適である。このため、水素圧縮機はディスタンスピースを設置しない構造が望まれる。 However, a compressor with a distance piece has a large size, and is unsuitable for use in a gas station or the like that requires compactness as a hydrogen compressor for a hydrogen station. For this reason, the hydrogen compressor is desired to have a structure in which no distance piece is installed.

特開２００５−３３０９２６号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-330926

しかし、小型化のためにディスタンスピースを取り去ると、シール性が失われるため、高圧状態のシリンダ部分から漏れた水素ガスがフレーム内部へ流れ込み易くなる。そして、水素ガスがフレーム内で高圧になると、フレーム内のクランクシャフトとモータとの接続のための軸貫通部から、外部へ漏れ出す恐れがあるため、安全性・経済性で問題となる可能性がある。 However, if the distance piece is removed for miniaturization, the sealing performance is lost, so that hydrogen gas leaking from the cylinder portion in the high pressure state easily flows into the frame. And if hydrogen gas becomes high pressure in the frame, there is a risk of leakage from the shaft penetration part for connecting the crankshaft and motor in the frame to the outside, which may cause a problem in safety and economy. There is.

即ち、フレーム内は、クランクシャフト内の油路から供給された潤滑油を同シャフトと軸受間に均一に介在させて気密性を保持しており、更にクランクシャフトを受けるメインベアリングには、上記油路を通った潤滑油を同シャフトに設けたオリフィスから吹付けることにより潤滑を行っている。このため、圧縮機停止によりクランクシャフトが軸受内で停止し、しかも上記オリフスが下側に位置する角度に停止すると、重力の作用で上記オリフィスから潤滑油が滴下する恐れがある。この滴下により、クランクシャフトと軸受との間の潤滑油の油面が降下して両者間に潤滑油が均一に介在しなくなり、機密性が損なわれる。 That is, in the frame, the lubricating oil supplied from the oil passage in the crankshaft is uniformly interposed between the shaft and the bearing to maintain airtightness. Further, the main bearing that receives the crankshaft has the above oil in the frame. Lubricating is performed by spraying lubricating oil that has passed through the passage from an orifice provided on the shaft. For this reason, when the crankshaft stops in the bearing due to the stop of the compressor, and the orifice stops at an angle at which it is positioned on the lower side, there is a risk that the lubricating oil may drip from the orifice due to the action of gravity. Due to this dripping, the oil level of the lubricating oil between the crankshaft and the bearing drops, and the lubricating oil does not intervene uniformly between them, and confidentiality is impaired.

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、圧縮機の運転中、停止中に係わらずクランクシャフト軸貫通部のシール性を高めてフレームからのガス漏洩を防止した圧縮機を提供するものである。 The present invention provides a compressor that prevents gas leakage from the frame by enhancing the sealability of the crankshaft shaft through portion regardless of whether the compressor is in operation or stopped, in view of such conventional problems. It is.

本発明は、圧縮シリンダと、前記圧縮シリンダを駆動するクランク機構部を内蔵したフレームを備えた圧縮機において、前記クランク機構部は、前記フレームを貫通するクランクシャフトと、前記フレームとクランクシャフトに介在し、前記フレーム内部空間と外部空間との間を気密に保つシール部材と、クランクシャフトを枢支するメインベアリングと、クランクシャフトの内部に形成され潤滑油を所定圧力で前記フレームとクランクシャフトの間、及び前記メインベアリングに供給する油路と、前記油路を通った潤滑油を前記メインベアリングに吹付けて給油するオリフィスからなり、前記オリフィスに所定の油圧で開放し油圧低下により閉じる逆止弁を設けたことを特徴とする。 The present invention relates to a compressor including a compression cylinder and a frame having a built-in crank mechanism that drives the compression cylinder. A seal member that keeps the space between the frame inner space and the outer space airtight, a main bearing that pivotally supports the crankshaft, and a lubricant formed inside the crankshaft at a predetermined pressure between the frame and the crankshaft. , And an oil passage for supplying the main bearing, and an orifice for supplying the main bearing with lubricating oil that has passed through the oil passage. The check valve is opened to a predetermined hydraulic pressure and closed when the hydraulic pressure decreases. Is provided.

また、前記逆止弁は、逆止弁ボールとこのボールを前記オリフィスを閉じる方向に付勢する逆止弁バネを備え、所定の油圧により前記逆止弁バネが収縮して前記オリフィスを開き、油圧低下により前記逆止弁バネの付勢で前記オリフィスを閉じるように構成されたことを特徴とする。 The check valve includes a check valve ball and a check valve spring that urges the ball in a direction to close the orifice, and the check valve spring contracts by a predetermined hydraulic pressure to open the orifice. The orifice is configured to be closed by urging the check valve spring when the hydraulic pressure is lowered.

本発明によれば、クランクシャフト軸貫通部に効果的な軸封構造を設置することにより、圧縮機の運転中・停止中に関らず、圧縮部からフレーム内に漏れ込む水素ガスの外部への漏洩を防止できる。しかも圧縮機の小型化を維持したまま、安全性を高め、経済性を高めることができる。 According to the present invention, by installing an effective shaft seal structure in the crankshaft shaft penetration portion, the hydrogen gas leaking from the compression portion to the outside of the frame regardless of whether the compressor is operating or stopped. Leakage can be prevented. In addition, safety can be improved and economy can be improved while maintaining the downsizing of the compressor.

以下、実施例について説明する。図１は水素圧縮機の外観図であり、往復圧縮機１０は、低圧段圧縮シリンダ１、高圧段圧縮シリンダ２、３、クランク機構部（後述）を内蔵する筒状のフレーム４、及びモータ（図示せず）の取付け枠５を備えている。 Examples will be described below. FIG. 1 is an external view of a hydrogen compressor. A reciprocating compressor 10 includes a low-pressure stage compression cylinder 1, high-pressure stage compression cylinders 2, 3, a cylindrical frame 4 incorporating a crank mechanism (described later), and a motor ( A mounting frame 5 (not shown) is provided.

図２は図１のＡ−Ａ線で切断した断面図であり、２個の低圧段圧縮シリンダ１を駆動するフレーム４内のクランク機構部を示す。１０３はモータによって回転されるクランクシャフトで、主軸部１０３ａと、偏心軸部１０３ｂからなっている。丸枠Ｂはクランクシャフトの主軸部１０３ａとフレーム４との軸貫通部を示している。この貫通部Ｂは機密性を保つ軸封構造を有する。 FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 and shows a crank mechanism portion in the frame 4 that drives the two low-pressure stage compression cylinders 1. A crankshaft 103 is rotated by a motor and includes a main shaft portion 103a and an eccentric shaft portion 103b. A round frame B indicates a shaft penetration portion between the main shaft portion 103 a of the crankshaft and the frame 4. This penetration part B has a shaft seal structure that maintains confidentiality.

図３は、図２の丸枠Ｂで示す軸貫通部の詳細図である。１０１はフレーム４側と大気側に跨って、フレーム４に固定されたベアリングサポートで、フレーム４側に傾斜ローラ１０２ａを備えたメインベアリング１０２が内蔵されており、クランクシャフト１０３が貫通する構造となっている。クランクシャフト１０３は、主軸部１０３ａと偏心軸部１０３ｂの間に連結軸部１０３ｃが介在して一体的に形成されている。 3 is a detailed view of the shaft penetrating portion indicated by a round frame B in FIG. Reference numeral 101 denotes a bearing support that is fixed to the frame 4 across the frame 4 side and the atmosphere side. The main bearing 102 including the inclined roller 102a is built in the frame 4 side, and the crankshaft 103 is penetrated. ing. The crankshaft 103 is integrally formed with a connecting shaft portion 103c interposed between the main shaft portion 103a and the eccentric shaft portion 103b.

ベアリングサポート１０１の内側（主軸部側）には、シールボックス１０４が配置され、更に内部に主軸部１０３ａとの間で気密性を保つ軸封装置が配置されている。軸封装置はシールケース１０５、スペーサ１０６及びシールカバー１０７で構成され、外側カバー１０８でフレーム４側に押圧状態に固定されている。シールケース１０５、シールカバー１０７及び外側カバー１０８と主軸部１０３ａとの間には、特殊な構造のオイルシール２０１をそれぞれ設置している。 A seal box 104 is disposed inside the bearing support 101 (on the main shaft side), and a shaft seal device that maintains airtightness with the main shaft portion 103a is further disposed inside. The shaft seal device includes a seal case 105, a spacer 106, and a seal cover 107, and is fixed in a pressed state on the frame 4 side by an outer cover 108. An oil seal 201 having a special structure is installed between the seal case 105, the seal cover 107, the outer cover 108, and the main shaft portion 103a.

３０１はシールボックス１０４に設けた潤滑油入口で、図示しない油ポンプから給油される。潤滑油入口３０１からは油路が伸びており、シールボックス１０４内の油路３０１ａからスペーサ１０６内の油路３０１ｂと油路３０１ｃとに分岐し、油路３０１ｃは主軸部１０３ａ内の油路３０１ｄに連通する。油路３０１ｄは、連結軸部１０３ｃ内の傾斜した油路３０１ｅに連通し、更に油路３０１ｆと３０１ｇに分岐している。３０２は、クランクシャフトの連結軸部１０３ｃに内臓させたオリフィスで、油路３０１ｆに連通して潤滑油をメインベアリング１０２に向けて吹出す。上記各油路は連通している。 A lubricating oil inlet 301 is provided in the seal box 104 and is supplied from an oil pump (not shown). An oil passage extends from the lubricating oil inlet 301 and branches from an oil passage 301a in the seal box 104 to an oil passage 301b and an oil passage 301c in the spacer 106. The oil passage 301c is an oil passage 301d in the main shaft portion 103a. Communicate with. The oil passage 301d communicates with an inclined oil passage 301e in the connecting shaft portion 103c, and further branches into oil passages 301f and 301g. 302 is an orifice built in the connecting shaft portion 103c of the crankshaft, and communicates with the oil passage 301f to blow out lubricating oil toward the main bearing 102. The oil passages communicate with each other.

潤滑油入口３０１には、フレーム４内部のガス圧力にポンプの吐出圧力を加えた圧力で潤滑油が給油され、給油された潤滑油は、油路３０１ａ、３０１ｂを経由して、クランクシャフトの主軸部１０３ａの外径とスペーサ１０６の内径の隙間に流れ込み、オイルシール２０１でシールされる構造となっている。他方、油路３０１ａから３０１ｃに分流した潤滑油は、油路３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｇを経由して大メタル、小メタルへ給油される。そして油路３０１ｆに分流した潤滑油はオリフィス３０２に流れ、ここからクランクシャフトの内部に設けたメインベアリング１０２に吹出すことにより、傾斜ローラ１０２ａに給油される。 Lubricating oil is supplied to the lubricating oil inlet 301 at a pressure obtained by adding the discharge pressure of the pump to the gas pressure inside the frame 4, and the supplied lubricating oil passes through the oil passages 301 a and 301 b to the main shaft of the crankshaft. It flows into the gap between the outer diameter of the portion 103 a and the inner diameter of the spacer 106 and is sealed by the oil seal 201. On the other hand, the lubricating oil branched from the oil passages 301a to 301c is supplied to the large metal and the small metal via the oil passages 301d, 301e, and 301g. The lubricating oil that has flowed into the oil passage 301f flows into the orifice 302, and is blown from here to the main bearing 102 provided inside the crankshaft, whereby it is supplied to the inclined roller 102a.

油ポンプが稼動している時、つまりは圧縮機の運転中は給油される潤滑油の圧力がフレーム４内部の水素ガス圧力よりも常に高いため、軸封装置からはフレーム４内の水素ガスは外部へ漏洩しない。また、圧縮機の運転停止中でも、クランクシャフトの主軸部１０３ａの外径とスペーサ１０６の隙間に潤滑油が保持されている限りは、フレーム４内の水素ガス圧力と潤滑油の圧力が同圧となり密度差によってシールされるため、水素ガスは外部へ漏洩しない。 When the oil pump is in operation, that is, during the operation of the compressor, the pressure of the lubricating oil to be supplied is always higher than the hydrogen gas pressure inside the frame 4, so that the hydrogen gas in the frame 4 from the shaft seal device is Does not leak outside. Even when the compressor is stopped, the hydrogen gas pressure in the frame 4 and the lubricating oil pressure are the same as long as the lubricating oil is held in the gap between the outer diameter of the crankshaft main shaft portion 103a and the spacer 106. Since it is sealed by the density difference, hydrogen gas does not leak to the outside.

しかし、クランクシャフトの連結軸部１０３ｃが図３の如く、下を向いて停止（オリフィス３０２が下側に位置して停止）すると、オリフィス３０２に何の対策も施されていなければ、油路３０１ｅ内の潤滑油が重力により連結軸部１０３ｃに設けたオリフィス３０２の吐出口から滴下する。これに伴って、油路３０１ｄ、３０１ｃ内部の潤滑油がオリフィス３０２側に移動して、クランクシャフトの主軸部１０３ａの外径とスペーサ１０６の隙間の潤滑油が流出してしまうため、シール性が失われて水素ガスが外部へ漏洩することとなる。 However, when the connecting shaft portion 103c of the crankshaft stops downward as shown in FIG. 3 (the orifice 302 is stopped at the lower side), the oil passage 301e is not taken unless any measures are taken on the orifice 302. The lubricating oil inside drops from the discharge port of the orifice 302 provided in the connecting shaft portion 103c by gravity. As a result, the lubricating oil in the oil passages 301d and 301c moves toward the orifice 302, and the lubricating oil in the gap between the outer diameter of the main shaft portion 103a of the crankshaft and the spacer 106 flows out. Lost hydrogen gas will leak outside.

本実施例では、オリフィス３０２内に逆止弁構造を設けている。図４にメインベアリング注油オリフィスの逆止弁構造図を示す。逆止弁は、逆止弁受け４０１、逆止弁ボール４０２、逆止弁バネ４０３、逆止弁座４０４で構成されている。油ポンプが稼動している時、つまりは圧縮機の運転中は、油圧によって逆止弁ボール４０２が図の左側に押されて（図４の状態）、逆止弁バネ４０３が収縮し、潤滑油が吐出口４０５からメインベアリングの傾斜ローラ１０２ａに吹付け給油する。他方、圧縮機の停止中は油圧がかからないため、逆止弁バネ４０３が伸びて逆止弁ボール４０２が図４の右側に押され、潤滑油を閉止する面圧を発生するため、油がオリフィスの吐出口４０５から流出しない。 In this embodiment, a check valve structure is provided in the orifice 302. FIG. 4 shows a check valve structure diagram of the main bearing lubrication orifice. The check valve includes a check valve receiver 401, a check valve ball 402, a check valve spring 403, and a check valve seat 404. When the oil pump is operating, that is, during the operation of the compressor, the check valve ball 402 is pushed to the left in the drawing by the hydraulic pressure (the state shown in FIG. 4), and the check valve spring 403 contracts and lubricates. Oil is sprayed and supplied from the discharge port 405 to the inclined roller 102a of the main bearing. On the other hand, since the hydraulic pressure is not applied while the compressor is stopped, the check valve spring 403 extends and the check valve ball 402 is pushed to the right in FIG. 4 to generate a surface pressure that closes the lubricating oil. From the discharge port 405.

これにより、停止中の給油用オリフィス３０２からの油の流出を防止し、軸封装置内部の潤滑油を保持できるため、フレーム４内の高圧の水素ガスの外部漏洩を防止することが可能となる。 As a result, it is possible to prevent the oil from flowing out from the oil supply orifice 302 that is stopped and to retain the lubricating oil inside the shaft seal device, and thus it is possible to prevent external leakage of high-pressure hydrogen gas in the frame 4. .

本発明実施例の水素圧縮機の外観図である。It is an external view of the hydrogen compressor of an example of the present invention. 図１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by the AA line of FIG. 本発明実施例の軸貫通部の詳細図である。It is detail drawing of the shaft penetration part of this invention Example. 本発明実施例の逆止弁の構造図である。1 is a structural diagram of a check valve according to an embodiment of the present invention.

Explanation of symbols

１〜３…圧縮シリンダ、４…フレーム、１０１…ベアリングサポート、１０２…メインベアリング、１０３…クランクシャフト、１０４…シールボックス、１０５…シールケース、１０６…スペーサ、１０７…シールカバー、２０１…オイルシール、１０４〜１０７、２０１…シール部材、３０１…潤滑油入口、３０１ａ〜３０１ｇ…油路、３０２…メインベアリング給油用オリフィス、４０１…逆止弁受け、４０２…逆止弁ボール、４０３…逆止弁バネ、４０４…逆止弁座、４０１〜４０４…逆止弁。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-3 ... Compression cylinder, 4 ... Frame, 101 ... Bearing support, 102 ... Main bearing, 103 ... Crankshaft, 104 ... Seal box, 105 ... Seal case, 106 ... Spacer, 107 ... Seal cover, 201 ... Oil seal, 104-107, 201 ... sealing member, 301 ... lubricating oil inlet, 301a-301g ... oil passage, 302 ... main bearing oil supply orifice, 401 ... check valve receptacle, 402 ... check valve ball, 403 ... check valve spring 404: Check valve seat, 401-404: Check valve.

Claims

In a compressor comprising a compression cylinder and a frame incorporating a crank mechanism for driving the compression cylinder,
The crank mechanism includes a crankshaft that passes through the frame, a seal member that is interposed between the frame and the crankshaft and that keeps the space between the frame inner space and the outer space airtight, and a main bearing that pivotally supports the crankshaft. And an oil passage formed inside the crankshaft at a predetermined pressure between the frame and the crankshaft and supplying the main bearing to the main bearing, and lubricating oil passing through the oil passage is sprayed onto the main bearing. A compressor comprising an orifice for supplying oil, and provided with a check valve that opens at a predetermined hydraulic pressure and closes when the hydraulic pressure decreases.

The check valve includes a check valve ball and a check valve spring that urges the ball in a direction to close the orifice, and the check valve spring contracts by a predetermined hydraulic pressure to open the orifice, thereby reducing the hydraulic pressure. The compressor according to claim 1, wherein the orifice is closed by urging of the check valve spring.