JP6826512B2 - 圧縮装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮装置に関する。

従来、スクリュロータへ供給するインジェクション油とスクリュロータの軸受の潤滑油とを共用する油冷式のスクリュ圧縮機が知られている。スクリュ圧縮機では、金属を腐食させる成分を含有する汚れたガスを圧縮する場合がある。この場合には、圧縮ガス中の腐食成分がインジェクション油を介して潤滑油に溶け込み、軸受の寿命が腐食成分によって低下する。また、圧縮ガス自体が潤滑油に溶け込むことによって潤滑油の粘度が低下する場合もある。この場合には、軸受の潤滑性が悪化して軸受の寿命が低下する。下記特許文献１〜３には、以上のような問題を解決するための工夫が施された圧縮装置が開示される。

特許文献１〜３に開示された圧縮装置では、インジェクション油の供給系統と軸受への潤滑油の供給系統とが互いに独立して設けられる。このため、インジェクション油及び潤滑油の各供給系統において、潤滑油への腐食成分及び圧縮ガス自体の溶け込みが抑制される。

さらに、特許文献１では、ロータが収容された圧縮室と軸受との間にメカニカルシールが設けられ、軸受に供給される潤滑油の一部をメカニカルシールに供給することにより圧縮室と軸受との間をシールする構造が示されている。また、特許文献１では、圧縮室と軸受との間にカーボンリングシールが設けられ、圧縮室から吐出された圧縮ガスの一部をカーボンリングシールに供給することにより圧縮室と軸受との間をシールする構造も示されている。これらの構造では、圧縮機内において、圧縮室から軸受側への圧縮ガスの漏出が低減し、潤滑油への腐食成分及び圧縮ガス自体の溶け込みが低減する。

また、特許文献２では、圧縮室と軸受との間に設けられた密封装置によってシールする構造が示されている。この構造によっても、圧縮機内で圧縮室から軸受側への圧縮ガスの漏出が低減し、潤滑油への腐食成分及び圧縮ガス自体の溶け込みが低減する。

特開２００９−２９９５８４号公報 国際公開第２００６／０１３６３６号 実開昭５２−４１４８０号公報

近年では、ガスを従来よりも高圧に圧縮する高圧用途において圧縮装置が使用される例があり、高圧の圧縮ガスの軸受側への漏出を防止する技術が求められる。

上記特許文献１では、潤滑油が供給されるメカニカルシール又は圧縮ガスが供給されるカーボンリングシールによって圧縮室と軸受との間をシールするが、そのようなシール構造では、高圧用途の場合には圧縮室から軸受側への圧縮ガスの漏出を止めることは難しい。

上記特許文献２においても、高圧用途の場合には、密封装置で圧縮室と軸受との間を完全にシールできず、圧縮室から軸受側へ圧縮ガスが漏出する虞がある。

また、上記特許文献３では、圧縮室と軸受との間をシールする構造が設けられていないため、圧縮室から軸受側への圧縮ガスの漏出を防止できない。

従って、上記特許文献１〜３のいずれにおいても、高圧用途では、圧縮室から圧縮ガスが漏出して圧縮機の性能が低下するとともに、軸受の潤滑油に圧縮ガス中の腐食成分及び圧縮ガス自体が溶け込んで軸受の寿命が低下する虞がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高圧用途における圧縮機の性能低下を防止するとともに軸受の寿命低下を防止することである。

本発明による圧縮装置は、ケーシングと、前記ケーシング内のロータ室に収容されて回転することによりガスを圧縮するロータと、前記ケーシング内に設けられて前記ロータが回転可能となるように当該ロータのロータ軸を支持する軸受と、前記ケーシング内において前記ロータ室と前記軸受との間に並んで設けられ、前記ロータ軸の周りをシールする第１軸封部及び第２軸封部と、を有する圧縮機と、前記ロータ室へインジェクション油を供給する第１供給ラインと、前記第１供給ラインに対して独立して設けられ、前記軸受へ潤滑油を供給する第２供給ラインと、前記第１軸封部へシールガスを供給する第３供給ラインと、前記第２軸封部へシールに用いられるシール油を供給する第４供給ラインと、を備え、前記軸受は、前記圧縮機の吐出側に設けられ、その圧縮機の吐出側において前記第１軸封部と前記第２軸封部とが前記軸受と前記ロータ室との間に並んで設けられている。

この構成では、ロータ室と軸受との間に、シールガスが供給される第１軸封部に加えて、シール油が供給される第２軸封部が設けられるため、ロータ室と軸受との間のシール性を高めることができる。このため、高圧用途において、ロータ室から軸受側への圧縮ガスの漏出を防ぐことができ、圧縮機の性能低下を防止できる。また、ロータ室と軸受との間のシール性が向上することにより、圧縮機内において潤滑油に腐食成分及び圧縮ガス自体が溶け込むことも防止できる。

前記圧縮装置において、前記第２軸封部は、前記ケーシング内において前記第１軸封部と前記ロータとの間に配置されることが好ましい。

この構成によれば、第１軸封部に供給されるシールガスにより、第２軸封部に供給されるシール油が軸受側へ流れるのを抑制できる。

前記圧縮装置において、前記第４供給ラインは、前記第１供給ラインから分岐して前記第２軸封部に繋がり、前記第１供給ラインを流れるインジェクション油の一部を前記シール油として前記第２軸封部へ供給することが好ましい。

この構成によれば、圧縮機の周囲に形成された油の系統を簡素化することができる。

前記第４供給ラインが前記第１供給ラインを流れるインジェクション油の一部をシール油として前記第２軸封部へ供給する構成において、圧縮装置は、前記第２軸封部のシールに用いられたインジェクション油を前記ロータ室の吸込側へ供給する戻しラインをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、第２軸封部のシールに用いられたインジェクション油を戻しラインを通じてロータ室の吸込側へ供給し、ロータ室の潤滑等に再利用することができる。

前記圧縮装置は、前記ロータによって圧縮された圧縮ガスが前記ロータ室から吐出される吐出ラインと、前記吐出ラインに接続されて圧縮ガスから油を分離する分離器と、をさらに備え、前記第１供給ラインは、前記分離器に繋がり、前記分離器で分離された油を前記ロータ室へインジェクション油として供給することが好ましい。

この構成によれば、インジェクション油をロータ室と分離器との間を循環させることができ、外部の供給源からロータ室へインジェクション油を供給することが不要となる。

前記吐出ラインを備える圧縮装置において、前記圧縮機は、前記第２軸封部の圧力よりも高い圧力で圧縮ガスを前記吐出ラインに吐出することが好ましい。

この構成によれば、分離器で分離された油を、圧縮ガスの吐出圧と第２軸封部の圧力との差圧を利用して第１供給ラインから第４供給ラインを通じて第２軸封部へ供給できる。このため、簡略な構成で第２軸封部へ油を供給できる。

前記第１供給ラインが前記分離器で分離された油を前記ロータ室へインジェクション油として供給し、前記第４供給ラインが前記第１供給ラインを流れるインジェクション油の一部をシール油として前記第２軸封部へ供給する構成において、圧縮装置は、前記第１供給ラインに接続されてインジェクション油を前記ロータ室へ送るポンプをさらに備え、前記第４供給ラインは、前記第１供給ラインにおける前記ポンプと前記ロータ室との間の位置から分岐することが好ましい。

この構成によれば、例えば圧縮機の起動時等に圧縮ガスの吐出圧が低下する場合であっても、ロータ室及び第２軸封部へ確実にインジェクション油を供給することができる。

前記第４供給ラインが前記第１供給ラインから分岐して前記第２軸封部に繋がる構成において、圧縮装置は、前記第４供給ラインの分岐点よりも上流側の位置で前記第１供給ラインに設けられた開度調整弁と、前記第１供給ラインにおけるインジェクション油の圧力が、前記第１供給ラインに接続される前記ロータ室の油入口における圧力、及び、前記ロータ軸の前記ロータ側の端部における圧力であるロータ端部圧よりも大きくなるように前記開度調整弁の開度を制御する制御部と、をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、インジェクション油を確実に第２軸封部に供給することができる。

前記第４供給ラインが前記第１供給ラインを流れるインジェクション油の一部をシール油として前記第２軸封部へ供給する構成において、圧縮装置は、前記第４供給ライン上に設けられた他の開度調整弁と、前記第２軸封部に供給されるインジェクション油の圧力が、前記ロータ軸の前記ロータ側の端部における圧力であるロータ端部圧よりも大きくなるように前記他の開度調整弁の開度を制御する他の制御部と、をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、インジェクション油を確実に第２軸封部に供給することができる。

前記第１供給ラインが前記分離器で分離された油を前記ロータ室へインジェクション油として供給し、前記第４供給ラインが前記第１供給ラインを流れるインジェクション油の一部をシール油として前記第２軸封部へ供給する圧縮装置において、前記分離器で分離された油の圧力を略一定に維持した状態で前記油を前記第２軸封部に供給することが好ましい。

この構成によれば、圧縮装置の構造を簡素化することができる。

前記圧縮装置において、前記第２軸封部は、ネジ溝が形成されたラビリンスシールを有し、前記ネジ溝は、前記ロータ軸の回転に伴って前記ラビリンスシールから前記ロータ室側へ油を送る螺旋形状をなすことが好ましい。

この構成によれば、ロータ軸の回転に伴ってインジェクション油に対しロータ室へと向かう力を作用させることができ、第２軸封部のシール性をより高めることができる。

前記圧縮装置は、前記第３供給ラインに設けられ、前記第１軸封部に供給されるシールガスの圧力を前記第１軸封部と前記第２軸封部との間の圧力よりも高くする圧力調整弁をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、シールガスを確実に第１軸封部に供給することができる。

この場合において、前記圧力調整弁は、前記第１軸封部と前記第２軸封部との間の圧力を用いて開度調整を行う差圧調整弁であることが好ましい。

この構成によれば、容易にシールガスの圧力調整を行うことができる。

さらにこの場合において、圧縮装置は、前記第３供給ラインから前記第１軸封部に供給されるシールガスの圧力を検出する圧力センサと、前記第１軸封部と前記第２軸封部との間の圧力を直接的又は間接的に検出する他の圧力センサと、前記圧力センサの検出圧力と前記他の圧力センサの検出圧力とに基づいて、前記圧力調整弁に前記シールガスの圧力を調整させる制御を行う制御部と、をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、シールガスを第１軸封部に確実に供給することができる。

以上説明したように、本発明によれば、高圧用途における圧縮機の性能低下を防止できるとともに、軸受の寿命低下を防止できる。

本発明の第１実施形態による圧縮装置の系統図である。 図１に示した圧縮機のオイルシール近傍の構造を部分的に示す拡大図である。 本発明の第２実施形態による圧縮装置の系統図である。 本発明の第３実施形態による圧縮装置の系統図である。 第１実施形態の一変形例による圧縮装置の系統図である。 第１実施形態の他の変形例による圧縮装置の系統図である。 第１実施形態のさらに他の変形例による圧縮装置の系統図である。 第１実施形態のさらに別の変形例による圧縮装置の系統図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（第１実施形態）
図１には、本発明の第１実施形態による圧縮装置１の構成が示される。第１実施形態による圧縮装置１は、圧縮機２と、吸込ライン４と、吐出ライン６と、分離器８と、駆動機２８と、コントローラ４６とを備える。圧縮装置１はさらにインジェクション油が流れる第１供給ライン１０と、潤滑油が流れる第２供給ライン１４と、シールガスが流れる第３供給ライン１８と、第１供給ライン１０から分岐した第４供給ライン１２とを備える。

圧縮機２はスクリュ圧縮機である。圧縮対象のガスとしては、多様な種類のガスを適用可能である。例えば、圧縮対象のガスは、石油化学や各種化学プロセスにおいて生じるガスや、各種排ガス等であって、金属を腐食させる成分を含有する汚れたガスでもよい。

吸込ライン４は、圧縮機２の吸込口３８ａに接続される。吸込ライン４には、ガスの逆流を防止する逆止弁５が設けられる。吐出ライン６は、圧縮機２の吐出口３８ｂに接続される。

圧縮装置１では、駆動機２８により圧縮機２が駆動されることにより吸込ライン４から圧縮機２にガスが吸入される。吸入されたガスはロータ部２２０の回転により圧縮され、圧縮ガスが吐出ライン６へと吐出される。圧縮ガスにはロータ室３８内に導入されたインジェクション油が含まれている。

分離器８は、吐出ライン６の下流側の端部に接続される。分離器８には、吐出ライン６から油を含有する圧縮ガスが導入される。分離器８内では、導入された圧縮ガスから油が分離される。分離した油は、分離器８内の下部に溜る。なお、吐出ライン６には逆止弁９が設けられており、分離器８から圧縮機２側への圧縮ガスの逆流が防止される。

分離器８の上部には、ガス排出ライン１１が接続される。分離器８内で油が分離された後の圧縮ガスは、ガス排出ライン１１を通じて排出される。

圧縮機２は、ケーシング２０と、一対のロータ部２２０と、第１軸受２４と、第２軸受２６と、第１ガスシール３０と、第２ガスシール３２と、オイルシール３４と、バランスピストン３６とを有する。

ケーシング２０は、ロータ室３８と、第１ガスシール室３９ａと、第１軸受室３９ｂと、オイルシール室４０ａと、第２ガスシール室４０ｂと、第２軸受室４０ｃとを備える。ロータ室３８、第１ガスシール室３９ａ、第１軸受室３９ｂ、オイルシール室４０ａ、第２ガスシール室４０ｂ及び第２軸受室４０ｃは連通している。

ロータ室３８はケーシング２０の略中央に位置する。ロータ室３８の図１における左上の部位には吸込ライン４に繋がる吸込口３８ａが設けられる。ロータ室３８の図１における右下の部位には、吐出ライン６に繋がる吐出口３８ｂが設けられる。ロータ室３８の中央近傍には、インジェクション油の導入口である油入口３８ｃが形成される。以下の説明では、圧縮機２の図１における左側を「吸込側」といい、右側を「吐出側」という。

第１ガスシール室３９ａ及び第１軸受室３９ｂはロータ室３８よりも吸込側に位置する。ロータ室３８から吸込側へ離れるにしたがって第１ガスシール室３９ａ及び第１軸受室３９ｂが順に並ぶ。第１ガスシール室３９ａには第１ガスシール３０が配置される。第１軸受室３９ｂには第１軸受２４が配置される。

オイルシール室４０ａ、第２ガスシール室４０ｂ及び第２軸受室４０ｃはケーシング２０のロータ室３８よりも吐出側に位置する。ロータ室３８から吐出側へ離れるにしたがってオイルシール室４０ａ、第２ガスシール室４０ｂ及び第２軸受室４０ｃが順に並ぶ。すなわち、圧縮機２では、オイルシール室４０ａはロータ室３８と第２ガスシール室４０ｂとの間に位置する。オイルシール室４０ａには、オイルシール３４が配置される。第２ガスシール室４０ｂには、第２ガスシール３２が配置される。第２軸受室４０ｃには、第２軸受２６が配置される。オイルシール室４０ａと第２ガスシール室４０ｂとの間の空間（以下、「中間部７０」という。）には、ロータ室３８の吸込口３８ａに繋がる戻しライン１３が接続される。戻しライン１３には圧力センサ７２が取り付けられる。圧力センサ７２により戻しライン１３の圧力が検出される。戻しライン１３の圧力は中間部７０の圧力に相当することから、圧力センサ７２は間接的に中間部７０の圧力を検出することとなる。

ロータ部２２０は、スクリュであるロータ２２と、第１ロータ軸２２ａと、第２ロータ軸２２ｂとを備える。図１では、１つのロータ部２２０のみを示しているが、実際には図１の紙面に垂直方向の奥側にもう１つのロータ部２２０が配置されている。ロータ２２、第１ロータ軸２２ａ及び第２ロータ軸２２ｂは一体に形成される。ロータ２２はロータ室３８に収容される。一対のロータ２２の歯溝に圧縮対象のガスが導入される圧縮空間が形成される。

第１ロータ軸２２ａはロータ２２の吸込側の端面から延出し、第１ガスシール室３９ａ及び第１軸受室３９ｂに挿入される。第２ロータ軸２２ｂはロータ２２の吐出側の端面から延出し、オイルシール室４０ａ、第２ガスシール室４０ｂ及び第２軸受室４０ｃに挿入される。第２ロータ軸２２ｂの先端部にはバランスピストン３６が形成され、バランスピストン３６により圧縮機２の駆動時に発生するスラスト力が低減される。第２ロータ軸２２ｂは、図略の動力伝達部を介して駆動部２８の駆動軸２８ａに接続される。圧縮機２では、第１軸受２４と第２軸受２６により第１ロータ軸２２ａ及び第２ロータ軸２２ｂが軸心回りに回転可能に支持される。

分離器８の下部には、第１供給ライン１０の一端が接続される。第１供給ライン１０の他端は、ロータ室３８の油入口３８ｃに接続される。第１供給ライン１０が分離器８で分離された油をインジェクション油として油入口３８ｃを介してロータ室３８へ供給する。インジェクション油は、ロータ室３８において圧縮空間をシールするために用いられるとともに圧縮ガスの冷却に用いられる。圧縮装置１では、第１供給ライン１０及び吐出ライン６により、ロータ室３８と分離器８との間をインジェクション油が循環する循環系統（以下、「第１油系統」という。）が形成される。第１油系統が形成されることにより、外部の供給源からロータ室３８にインジェクション油を供給することが不要となる。

第１供給ライン１０には、ポンプ４２、第１開度調整弁４４、第２開度調整弁４５ａ、冷却器４８及びオイルフィルタ５０が設けられる。第１開度調整弁４４は、第１供給ライン１０において第４供給ライン１２へと分岐する分岐点よりも上流側の位置にする。第１開度調整弁４４及び第２開度調整弁４５ａの開度はコントローラ４６により制御される。ポンプ４２は、第４供給ライン１２が第１供給ライン１０から分岐する位置よりも上流側において、迂回ライン４３を介して第１供給ライン１０に接続されている。冷却器４８は、第１供給ライン１０を流れるインジェクション油を冷却する。オイルフィルタ５０は、第１供給ライン１０を流れるインジェクション油中の不純物を除去する。

ロータ室３８の油入口３８ｃにおける圧力は、吐出ライン６における圧縮ガスの圧力と吸込ライン４におけるガスの圧力との間の中間程度である。圧縮ガスの吐出圧に等しい分離器８内のインジェクション油は、圧力差により第１供給ライン１０を介して油入口３８ｃからロータ室３８内に供給される。

ただし、圧縮機２の起動時など圧縮ガスの吐出圧が低下したときにはポンプ４２が作動され、ロータ室３８及びオイルシール３４へ向けてインジェクション油が圧送される。これにより、圧縮ガスの吐出圧が低下したときであってもロータ室３８及びオイルシール３４へ確実にインジェクション油を供給することができる。

第２供給ライン１４は潤滑油が貯留されたタンク５６に接続される。第２供給ライン１４上にはポンプ５８、冷却器６０及びオイルフィルタ６２が設けられる。ポンプ５８はタンク５６から潤滑油を送出する。冷却器６０は、第２供給ライン１４を流れる潤滑油を冷却する。オイルフィルタ６２は、第２供給ライン１４を流れる潤滑油中の不純物を除去する。タンク５６内の潤滑油は、第２供給ライン１４を介して第１軸受２４、第２軸受２６及びバランスピストン３６に供給される。

第１軸受２４、第２軸受２６及びバランスピストン３６を潤滑した後の潤滑油は、第２供給ライン１４の一部である潤滑油排出ライン１６を介してタンク５６へと戻される。なお、圧縮装置１には、タンク５６と吸込ライン４とを接続するライン１９が設けられ、タンク５６に貯留された油の一部が逆止弁６４を介して吸込ライン４へ供給される。

このように、圧縮装置１では、第２供給ライン１４によって、第１及び第２軸受２４，２６とタンク５６との間を潤滑油が循環する循環系統（以下、「第２油系統」という。）が形成される。第２油系統は第１油系統から独立している。すなわち、ロータ室３８へインジェクション油を供給する第１供給ライン１０に対して、第１及び第２軸受２４，２６へ潤滑油を供給する第２供給ライン１４が独立して設けられることにより、圧縮ガス中の成分が第２油系統内の潤滑油に混入してしまうことが防止される。その結果、第２軸受２６の寿命低下を防止することができる。

第３供給ライン１８は第１ガスシール３０及び第２ガスシール３２にシールガスを供給する。本実施形態では、シールガスは、圧縮対象のガスと異なる種類のガスであり、外部から供給される。シールガスとしては、例えば、窒素ガスなどの不活性ガス、又は、圧縮ガスに混入しても影響を与えない各種ガスが用いられる。

第３供給ライン１８にはシールガスの圧力を調整する差圧式の圧力調整弁６６、及び、圧力調整弁６６の下流側に位置する吸込側ライン１８ａ並びに吐出側ライン１８ｂが設けられる。シールガスは圧力調整弁６６を通過した後、吸込側ライン１８ａを介して第１ガスシール３０に供給され、吐出側ライン１８ｂを介して第２ガスシール３２に供給される。これにより、第１ガスシール３０にて第１ロータ軸２２ａの周りがシールされ、ロータ室３８の吸込側の端部からのガスの漏出が防止される。同様に、第２ガスシール３２にて第２ロータ軸２２ｂの周りがシールされる。

圧力調整弁６６には戻しライン１３から分岐した分岐ライン７１が接続される。圧力調整弁６６には、内部にシールガスが流れるガス流路、及び、ガス流路の開度を調節するダイヤフラムが設けられており、戻しライン１３の圧力（すなわち、中間部７０の圧力）に応じてダイヤフラムがガス流路の開度を調整する。例えば、戻しライン１３の圧力が増大するとガス流路の開度が増大し、圧力調整弁６６よりも下流側においてシールガスの圧力（または流量）が増大する。戻しラインの圧力が減少するとガス流路の開度が減少し、シールガスの圧力（または流量）が減少する。このように、圧力調整弁６６が戻しライン１３の圧力の変化に合わせてシールガスの圧力を調整することにより、シールガスの圧力が戻しライン１３（及び中間部７０）の圧力よりも高い状態が維持される。その結果、シールガスを確実に第１及び第２ガスシール３０，３２へ供給することができる。なお、第１ガスシール３０の周囲の圧力は中間部７０と同程度であるため、中間部７０の圧力に応じて圧力調整弁６６の開度が調整できればよい。圧縮装置１では、圧力調整弁６６が戻しライン１３の圧力（すなわち、中間部７０の圧力）を用いることにより、容易にシールガスの圧力調整を行うことができる。

第４供給ライン１２は、第１供給ライン１０におけるポンプ４２とロータ室３８との間の位置から分岐し、オイルシール３４に繋がる。圧縮ガスの吐出圧はオイルシール３４内の圧力よりも高いため、圧縮ガスの吐出圧と同じ圧力であるインジェクション油が第４供給ライン１２を介してオイルシール３４に供給される。オイルシール３４では、インジェクション油が第２ロータ軸２２ｂの周りをシールするシール油としての役割を果たす。

第４供給ライン１２には第３開度調整弁４５ｂ及び圧力センサ５２が設けられる。圧力センサ５２は第３開度調整弁４５よりも上流側に位置しており、第１供給ライン１０及び第４供給ライン１２（ただし、第３開度調整弁４５よりも上流側の部位）におけるインジェクション油の圧力を検出する。圧力センサ５２は、検出した圧力を示す信号をコントローラ４６へ出力する。第３開度調整弁４５ｂはコントローラ４６により制御される。

図２は、図１中のオイルシール３４近傍の構造を部分的に示す拡大図である。以下、ロータ部２２０の延びる方向を単に「軸方向」という。図２に示されるように、オイルシール３４は、第２ロータ軸２２ｂの軸方向に間隔をあけて並ぶ２つのラビリンスシール３４ａを有する。各ラビリンスシール３４ａは、ケーシング２０の内周面から内側へ突出し、第２ロータ軸２２ｂの周りを囲む。各ラビリンスシール３４ａの内周面は、第２ロータ軸２２ｂの外周面との間に微小な隙間を形成する状態で第２ロータ軸２２ｂの外周面と対向する。各ラビリンスシール３４ａの内周面にはネジ溝３４ｂが形成されている。

オイルシール３４と第２ロータ軸２２ｂとの間には、第４供給ライン１２から供給されたインジェクション油が満たされる。インジェクション油は第２ロータ軸２２ｂのロータ２２側の端部における圧力（以下、「ロータ端部圧」という。）よりも高いため、ロータ室３８から第２ロータ軸２２ｂへの圧縮ガスの流れが制限される。さらに、ネジ溝３４ｂは、第２ロータ軸２２ｂの回転に伴ってラビリンスシール３４ａからロータ室３８側へ油を送る螺旋形状をなしており、ネジ溝３４ｂと第２ロータ軸２２ｂとの間の相対回転によりインジェクション油に対してロータ室３８へと向かう力が作用する。これにより、ロータ室３８から第２ロータ軸２２ｂへと向かう圧縮ガスの流れをより確実に制限することができる。

図１に示す圧縮機２では、オイルシール３４から排出されたインジェクション油が中間部７０に流入し、戻しライン１３を通じて吸込口３８ａへ供給される。これにより、オイルシール３４にて利用されたインジェクション油をロータ室３８内における冷却やロータ２２の潤滑等に再利用することができる。また、第２ガスシール３２に供給された高圧のシールガスの一部も中間部７０に流入し、戻しライン１３を通じて吸込口３８ａへ供給される。

圧縮機２では、中間部７０が戻しライン１３を介して吸込口３８ａに接続されることにより、シールガスがオイルシール室４０ａへ流れ込むこと、及び、インジェクション油が第２ガスシール室４０ｂへ流れ込むことが防止される。その結果、オイルシール３４及び第２ガスシール３２のそれぞれの軸封性能が互いに阻害されてしまうことが防止される。

次に、圧縮機２の駆動時におけるコントローラ４６による第１、第２及び第３開度調整弁４４，４５ａ，４５ｂの開度の制御について説明する。

コントローラ４６は、圧力センサ５２の検出圧力が所定の値となるように第１開度調整弁４４の開度を制御する。当該所定の値は少なくとも第２ロータ軸２２ｂのロータ端部圧、及び、ロータ室３８の油入口３８ｃにおける圧力よりも高い値とされる。これにより、第１供給ライン１０の第２開度調整弁４５ａ及び第３開度調整弁４５ｂよりも上流側の部位におけるインジェクション油の圧力（または流量）が決定される。

次に、吐出ライン６（より正確には、吐出ライン６の逆止弁９よりも上流側の部位）上に設けられた図示省略の温度センサに基づき第２開度調整弁４５ａの開度が調整される。これにより、圧縮ガスの吐出圧が変動しても、圧縮ガスの温度が常に所定値以下に維持される。

また、オイルシール３４に供給されるインジェクション油の圧力が、第２ロータ軸２２ｂのロータ端部圧、及び、圧力センサ７２の圧力、すなわち、戻しライン１３の圧力よりも大きくなるように第３開度調整弁４５ｂの開度が制御される。第３開度調整弁４５ｂが設けられることにより、第２ロータ軸２２ｂのロータ端部圧、及び、戻しライン１３の圧力が変動しても、オイルシール３４におけるインジェクション油の圧力を第２ロータ軸２２ｂのロータ端部圧、及び、戻しライン１３の圧力よりも常に大きくすることができる。本実施形態では、第２ロータ軸２２ｂのロータ端部圧は、ケーシング２０に形成された図示省略の微小な空間に連通する圧力センサにより取得される。なお、ロータ端部圧は、圧縮ガスの吐出圧に基づき計算により求められてもよい。以下の実施形態においても同様である。

圧縮装置１では、第１開度調整弁４４、第２開度調整弁４５ａ及び第３開度調整弁４５ｂの開度制御は必ずしもシーケンス制御である必要はなく、互いに独立して行われてもよい。以下の実施形態においても同様である。なお、コントローラ４６は、圧縮機２の作動停止、すなわち駆動機２８の作動停止に応じて、開度調整弁４４の開度を０にする。これにより、分離器８内の圧縮ガス及びインジェクション油の逆流が防止される。

以上、第１実施形態に係る圧縮装置１の構造について説明したが、ロータ室３８と吐出側に位置する第２軸受２６との間に、第２ロータ軸２２ｂの周りをシールする第１の軸封部である第２ガスシール３２と、第２の軸封部であるオイルシール３４とが並んで設けられる。これにより、圧縮ガスが高圧となる場合であっても、ロータ室３８と第２軸受２６との間のシール性を高めることができる。その結果、圧縮機２の性能低下を防止できる。また、コントローラ４６が第１及び第３開度調整弁４４，４５ｂの開度を制御することにより、インジェクション油を確実にオイルシール３４に供給することができる。

圧縮装置１では、第１供給ライン１０を流れるインジェクション油の一部がオイルシール３４のシール油に利用されるため、圧縮機２の周囲に形成される油の流路が複雑となることが防止される。第２ガスシール３２がオイルシール３４よりも吐出側に設けられるため、オイルシール３４に供給されるインジェクション油が第２軸受２６に流入することが防止される。

圧縮装置１では、第１ないし第３開度調整弁４４，４５ａ，４５ｂのそれぞれの開度制御を行う各制御部が１つのコントローラ４６内に構成されるが、これらの制御部は複数のコントローラにより構成されてもよい。

（第２実施形態）
図３には、本発明の第２実施形態による圧縮装置１の系統図が示される。図３を参照して、第２実施形態による圧縮装置１について説明する。

第３供給ライン１８上には電磁弁である圧力調整弁６６０、及び、シールガスの圧力を検出する圧力センサ６８が設けられる。戻しライン１３の分岐ライン７１は省略される。圧力センサ６８，７２の検出値はコントローラ７４に入力される。圧縮装置１の他の構成は第１実施形態と同様である。

コントローラ７４では、圧力センサ６８の検出圧力が圧力センサ７２の検出圧力、すなわち、戻しライン１３の圧力よりも高くなるように圧力調整弁６６の開度を調整する。これにより、シールガスの圧力を中間部７０の圧力（すなわち、第２ガスシール３２とオイルシール３４との間の圧力）よりも高くすることができ、シールガスを第２ガスシール３２に確実に供給することができる。

第２実施形態では、コントローラ７４が省略され、圧力調整弁６６の開度制御を行う制御部がコントローラ４６内に構成されてもよい。

（第３実施形態）
図４には、本発明の第３実施形態による圧縮装置１の系統図が示される。なお、図４では、第２供給ライン及び第２供給ライン上に設けられる機器の図示を省略している。圧縮装置１は２段圧縮式であり、低圧段である低圧圧縮機２ａと、高圧段である高圧圧縮機２ｂとを有する。低圧圧縮機２ａ及び高圧圧縮機２ｂの構造は図１の圧縮機２とほぼ同様である。

低圧圧縮機２ａにはロータ室３８ｄよりも吐出側に位置するオイルシール３４ｃと第２ガスシール３２ａとの間の中間部７０と吸込口３８ａとを接続する戻しライン１３ａが設けられる。高圧圧縮機２ｂにはロータ室３８ｅよりも吐出側に位置するオイルシール３４ｄと第２ガスシール３２ｂとの間の中間部７０と吸込口３８ａとを接続する戻しライン１３ｂが設けられる。

低圧圧縮機２ａの吐出口３８ｆには、吐出ライン６ａが接続される。図４では図示を省略しているが、吐出ライン６ａは、高圧圧縮機２ｂの吸込ライン４ａに繋がる。吸込ライン４ａには、逆止弁５ａが設けられる。高圧圧縮機２ｂの吐出口３８ｈに接続される吐出ライン６は分離器８に繋がる。

分離器８は、高圧圧縮機２ｂのロータ室３８ｅの油入口３８ｉ及び低圧圧縮機２ａのロータ室３８ｄの油入口３８ｇに第１供給ライン１０を介して接続される。第１供給ライン１０では、第４供給ライン１２ｂが第１供給ライン１０から分岐する位置よりも上流側に第１開度調整弁４４が設けられる。また、第１供給ライン１０のうち、低圧圧縮機２ａの油入口３８ｇ及び高圧圧縮機２ｂの油入口３８ｉのそれぞれの近傍に第２開度調整弁４５１ａ，４５１ｂが設けられる。

圧縮装置１では、第１供給ライン１０から分岐した第４供給ライン１２ｂ，１２ａが、高圧圧縮機２ｂのオイルシール３４ｄ及び低圧圧縮機２ａのオイルシール３４ｃに接続される。第４供給ライン１２ａ，１２ｂにはそれぞれ第３開度調整弁４５２ａ，４５２ｂが設けられる。第１開度調整弁４４，第２開度調整弁４５１ａ，４５１ｂ、および、第３開度調整弁４５２ａ，４５２ｂの開度はコントローラ４６により制御される。

第３供給ライン１８は圧力調整弁６６を備える。第３供給ライン１８には圧力調整弁６６よりも下流側にて低圧圧縮機２ａの吸込側及び吐出側に設けられた第１及び第２ガスシール３０ａ，３２ａに繋がるライン１８ａ，１８ｂが設けられる。さらに、高圧圧縮機２ｂの吸込側及び吐出側に設けられた第１及び第２ガスシール３０ｂ，３２ｂに繋がるライン１８ｃ，１８ｄが設けられる。

圧力調整弁６６には、高圧圧縮機２ｂに設けられた戻しライン１３ｂの分岐ライン７１が接続される。第１実施形態と同様に、圧力調整弁６６により、シールガスの圧力が戻しライン１３の圧力よりも高い状態が維持されることにより、戻しライン１３（及び中間部７０）の圧力が変動してもシールガスを確実に各ガスシール３０ａ，３０ｂ，３２ａ，３２ｂへ供給することができる。

圧縮装置１の駆動時には、コントローラ４６が、第１供給ライン１０上の第１開度調整弁４４に対して、圧力センサ５２の検出圧力が所定の値となるように開度を制御する。当該所定の値は少なくとも高圧圧縮機２ｂにおける第２ロータ軸２２２ｂのロータ端部圧の圧力、及び、ロータ室３８ｅの油入口３８ｉの圧力よりも高い値とされる。

次に、高圧圧縮機２ｂの吐出ライン６上に設けられた図示省略の温度センサに基づき、
する第２開度調整弁４５１ｂの開度が調整される。これにより、油入口３８ｃに流入するインジェクション油の量が調整され、吐出圧の変動に対して圧縮ガスの温度が所定値以下に維持される。さらに、オイルシール３４ｄに供給されるインジェクション油の圧力が、第２ロータ軸２２１ｂのロータ端部圧、及び、戻しライン１３ｂの圧力よりも大きくなるように第３開度調整弁４５２ｂの開度が制御される。

高圧圧縮機２ｂと同様に、低圧圧縮機２ａにおいても、低圧圧縮機２ａの吐出ライン６ａ上に設けられた図示省略の温度センサに基づき、第２開度調整弁４５１ａの開度が調整される。また、圧力センサ５２の検出圧力が、戻しライン１３ａの圧力、及び、第２ロータ軸２２１ｂのロータ端部圧よりも大きくなるように第３開度調整弁４５２ｂの開度が制御される。

第３実施形態においても、高圧圧縮機２ｂ及び低圧圧縮機２ａの両方において、ロータ室３８ｄ，３８ｅと第２軸受２６との間に、吐出側の第１の軸封部である第２ガスシール３２ａ，３２ｂと、第２の軸封部であるオイルシール３４ｃ，３４ｄとが設けられるため、ロータ室３８ｄ，３８ｅと第２軸受２６との間のシール性を高めることができる。

第３実施形態では、圧力調整弁６６に代えて図３と同様にコントローラ７４により開度を調整可能な電磁弁である圧力調整弁６６０が利用されてもよい。

（第１変形例）
図５は第１実施形態に係る圧縮装置１の変形例を示す図である。ロータ室３８よりも吸込側に第１オイルシール３５が設けられる。以下、吐出側のオイルシール３４を第１オイルシール３５と区別するために「第２オイルシール３４」という。

ハウジング２０には、第１オイルシール３５が配置される第１オイルシール室３９ｃがロータ室３８の吸込側端面に隣接して設けられる。すなわち、第１オイルシール３９ｃは第１ガスシール３０とロータ２２との間に配置される。

第１オイルシール３５には、第１供給ライン１０から分岐した第４供給ライン１２ｃが繋がり、第４供給ライン１２ｃからインジェクション油がシール油として供給される。

図５では、ロータ室３８の吸込側及び吐出側の両方において、第１の軸封部である第１及び第２ガスシール３０，３２が設けられ、第２の軸封部である第１及び第２オイルシール３４，３５が設けられる。これにより、圧縮対象のガスがロータ室３８から漏出してしまうことがより確実に防止される。図５に示した変形例の構成を他の実施形態に係る圧縮装置１に適用することも可能である。

（第２変形例）
図６は第１実施形態に係る圧縮装置１の他の変形例を示す図である。第３供給ライン１８は、ガス排出ライン１１に接続される。第１ガスシール３０及び第２ガスシール３２には圧縮ガスの一部がシールガスとして供給される。この変形例によれば、シールガスを別途用意する必要がないので、コストを削減できる。図６の構成は他の実施形態の圧縮装置１に適用されてもよい。

（第３変形例）
図７は第１実施形態に係る圧縮装置１のさらに他の変形例を示す図である。吐出ライン６上の圧縮ガスの温度変化及びオイルシール３４近傍の圧力変動が過度に大きくない場合には、図１の第２及び第３開度調整弁４５ａ，４５ｂが省略されてもよい。この場合、コントローラ４６は、第４供給ライン１２上の圧力センサ５２の検出圧力が、ロータ室３８の油入口３８ｃにおける圧力、第２ロータ軸２２ｂのロータ端部圧、及び、戻しライン１３の圧力よりも大きくなるように第１開度調整弁４４の開度を調整する。これにより、インジェクション油をロータ室３８及びオイルシール３４に供給することができる。図７の圧縮装置１では、製造コストを低減することができる。図７の構成は他の実施形態の圧縮装置１に適用されてもよい。

（第４変形例）
図８は第１実施形態に係る圧縮装置１のさらに他の変形例を示す図である。圧縮装置１では、図１の第１ないし第３開度調整弁４４，４５ａ，４５ｂ、及び、ポンプ４２が省略される。すなわち、分離器８とオイルシール３４及びロータ室３８との間に圧力を調整する圧力調整部が設けられない。これにより、分離器８で分離されたインジェクション油の圧力が略一定に維持された状態（ただし、流路抵抗による圧力低下は除く）でロータ室３８及びオイルシール３４に供給される。図８では、圧縮装置１の機器が簡素化されることにより、製造コストをより削減することができる。図８の構成は他の実施形態に適用されてもよい。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。

例えば、上記第１実施形態では、戻しライン１３は吸込口３８ａに接続されていることから、第２ロータ軸２２ｂのロータ端部圧よりも常に小さいため、第２ロータ軸２２ｂのロータ端部圧のみに基づいて第３開度調整弁４５ｂの開度が制御されてもよい。この場合、戻しライン１３の圧力センサ７２は省略されてもよい。戻しライン１３はオイルシール３４における圧力及び第２ガスシール３２における圧力よりも低圧の空間に接続されるのであれば、必ずしも吸込口３８ａに接続される必要はない。例えば、戻しライン１３は吸込ライン４に接続されてもよい。また、戻しライン１３はケーシング２０内部に形成されてもよい。他の実施形態においても同様である。

上記実施形態では、第１油系統及び第２油系統から独立した供給源からオイルシール３４，３４ｃ，３４ｄ，３５にシール油が供給されてもよい。

上記第１実施形態では、第２ガスシール３２がロータ室３８とオイルシール３４との間に設けられてもよい。この場合、第２ガスシール３２に供給されるシールガスの圧力は、第２ロータ軸２２ｂのロータ端部圧、及び、第２ガスシール３２とオイルシール３４との間の中間部７０の圧力よりも大きくされる。また、オイルシール３４に供給されるインジェクション油の圧力は中間部７０の圧力よりも大きくされる。他の実施形態においても、ガスシールがオイルシールよりもロータ室３８側に配置されてもよい。

上記実施形態では、オイルシール３４，３４ｃ，３４ｄ，３５のラビリンスシールに設けられるネジ溝は、ラビリンスシールの内周面と対向する吐出側ロータ軸の外周面に設けられてもよい。ラビリンスシールとしてネジ溝以外の形状（例えば、平行溝）のものが用いられてもよい。

上記第１実施形態では、油入口３８ｃへ供給されるインジェクション油の流量がオイルシール３４へ供給されるインジェクション油の流量よりも著しく大きい場合には、第４供給ライン１２の分岐点よりも下流側の位置で第１供給ライン１０にオリフィスを設けて油入口３８ｃへの流量を調整してもよい。他の実施形態においても同様である。

図１ないし図６に示す圧縮装置１では、第１開度調整弁４４が省略され、第２及び第３開度調整弁４５ａ，４５ｂにより、ロータ室３８及びオイルシール３４に供給されるインジェクション油の圧力（または流入量）が調整されてもよい。

上記実施形態では、圧力センサ５５が第１供給ライン１０上に設けられてもよい。圧力センサ７２に代えて中間部７０の圧力を直接的に検出する圧力センサが設けられてもよい。第１及び第３実施形態では、分岐ライン７１が省略され、中間部７０と圧力調整弁６６とを直接的に接続するラインが別途設けられてもよい。

１ 圧縮装置
６ 吐出ライン
８ 分離器
１０ 第１供給ライン
１２ 第４供給ライン
１３ 戻しライン
１４ 第２供給ライン
１８ 第３供給ライン
２０ ケーシング
２２ ロータ
２２ｂ 第２ロータ軸
２６ 第２軸受
３２，３２ａ，３２ｂ 第２ガスシール
３０，３０ａ，３０ｂ 第１ガスシール
３４，３４ｃ，３４ｄ，３５ オイルシール
３４ａ ラビリンスシール
３４ｂ ネジ溝
３８ ロータ室
４２ ポンプ
４４ 開度調整弁
４６，７４ コントローラ
５２ 圧力センサ
６６ 圧力調整弁
６８ 圧力センサ
７２ 圧力センサ

Claims (14)

1. ケーシングと、前記ケーシング内のロータ室に収容されて回転することによりガスを圧縮するロータと、前記ケーシング内に設けられて前記ロータが回転可能となるように当該ロータのロータ軸を支持する軸受と、前記ケーシング内において前記ロータ室と前記軸受との間に並んで設けられ、前記ロータ軸の周りをシールする第１軸封部及び第２軸封部と、を有する圧縮機と、
   前記ロータ室へインジェクション油を供給する第１供給ラインと、
   前記第１供給ラインに対して独立して設けられ、前記軸受へ潤滑油を供給する第２供給ラインと、
   前記第１軸封部へシールガスを供給する第３供給ラインと、
   前記第２軸封部へシールに用いられるシール油を供給する第４供給ラインと、を備え、
   前記軸受は、前記圧縮機の吐出側に設けられ、その圧縮機の吐出側において前記第１軸封部と前記第２軸封部とが前記軸受と前記ロータ室との間に並んで設けられている、圧縮装置。
2. 前記第２軸封部は、前記ケーシング内において前記第１軸封部と前記ロータとの間に配置される、請求項１に記載の圧縮装置。
3. 前記第４供給ラインは、前記第１供給ラインから分岐して前記第２軸封部に繋がり、前記第１供給ラインを流れるインジェクション油の一部を前記シール油として前記第２軸封部へ供給する、請求項１又は２に記載の圧縮装置。
4. 前記第２軸封部のシールに用いられたインジェクション油を前記ロータ室の吸込側へ供給する戻しラインをさらに備える、請求項３に記載の圧縮装置。
5. 前記ロータによって圧縮された圧縮ガスが前記ロータ室から吐出される吐出ラインと、
   前記吐出ラインに接続されて圧縮ガスから油を分離する分離器と、をさらに備え、
   前記第１供給ラインは、前記分離器に繋がり、前記分離器で分離された油を前記ロータ室へインジェクション油として供給する、請求項３又は４に記載の圧縮装置。
6. 前記圧縮機は、前記第２軸封部の圧力よりも高い圧力で圧縮ガスを前記吐出ラインに吐出する、請求項５に記載の圧縮装置。
7. 前記第１供給ラインに接続されてインジェクション油を前記ロータ室へ送るポンプをさらに備え、
   前記第４供給ラインは、前記第１供給ラインにおける前記ポンプと前記ロータ室との間の位置から分岐する、請求項５又は６に記載の圧縮装置。
8. 前記第４供給ラインの分岐点よりも上流側の位置で前記第１供給ラインに設けられた開度調整弁と、
   前記第１供給ラインにおけるインジェクション油の圧力が、前記第１供給ラインに接続される前記ロータ室の油入口における圧力、及び、前記ロータ軸の前記ロータ側の端部における圧力であるロータ端部圧よりも大きくなるように前記開度調整弁の開度を制御する制御部と、をさらに備える、請求項３〜７のいずれか１項に記載の圧縮装置。
9. 前記第４供給ライン上に設けられた他の開度調整弁と、
   前記第２軸封部に供給されるインジェクション油の圧力が、前記ロータ軸の前記ロータ側の端部における圧力であるロータ端部圧よりも大きくなるように前記他の開度調整弁の開度を制御する他の制御部と、をさらに備える、請求項３〜８のいずれか１項に記載の圧縮装置。
10. 前記分離器で分離された油の圧力を略一定に維持した状態で前記油を前記第２軸封部に供給する、請求項６に記載の圧縮装置。
11. 前記第２軸封部は、ネジ溝が形成されたラビリンスシールを有し、
    前記ネジ溝は、前記ロータ軸の回転に伴って前記ラビリンスシールから前記ロータ室側へ油を送る螺旋形状をなす、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の圧縮装置。
12. 前記第３供給ラインに設けられ、前記第１軸封部に供給されるシールガスの圧力を前記第１軸封部と前記第２軸封部との間の圧力よりも高くする圧力調整弁をさらに備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の圧縮装置。
13. 前記圧力調整弁は、前記第１軸封部と前記第２軸封部との間の圧力を用いて開度調整を行う差圧調整弁である、請求項１２に記載の圧縮装置。
14. 前記第３供給ラインから前記第１軸封部に供給されるシールガスの圧力を検出する圧力センサと、
    前記第１軸封部と前記第２軸封部との間の圧力を直接的又は間接的に検出する他の圧力センサと、
    前記圧力センサの検出圧力と前記他の圧力センサの検出圧力とに基づいて、前記圧力調整弁に前記シールガスの圧力を調整させる制御を行う制御部と、をさらに備える、請求項１２に記載の圧縮装置。

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