JP7179315B2 - multi-stage roots pump - Google Patents

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Description

本発明は、多段ルーツ式ポンプに関し、特に、各種化学プラントにおいて、ガスの圧送、吸引または循環に使用される多段ルーツ式ポンプに関する。 The present invention relates to a multi-stage roots pump, and more particularly to a multi-stage roots pump used for pumping, sucking or circulating gas in various chemical plants.

従来から、各種化学プラントにおいて、ガスの圧送、吸引または循環のためにルーツ式ポンプが使用されている。ルーツ式ポンプは、ケーシング内に2つのロータを有し、これら2つのロータが、互いに反対方向に同じ回転位相で回転している。2つのロータは、ケーシングの内面との間およびロータ相互間に僅かなすき間を保って回転しながら、ケーシングとの間で捕捉した一定量のガスを吸込側(低圧側)から吐出側(高圧側)へ移送し、高圧側へ押し込むようにしてガスを吐出する。ロータがガスを吐出する際に吐出側の高圧ガスがケーシング内に逆流することで、吐出されるガスが圧縮される。吸込側と吐出側のガスの圧力差が大きく、ポンプが吐き出す風量が大きい場合には、大きな軸動力が必要となるため、大きな駆動用モータが必要となり、またその消費電力が増大する。また、吸込側と吐出側のガスの圧力比が大きい場合は、圧縮熱により吐出ガスの温度が高温となるため、回転するロータの温度が高くなり、ロータの熱膨張によりケーシングの内面との間およびロータ相互間の僅かなすき間を保つことが出来なくなり、その結果、回転するロータとケーシング、あるいはロータ相互間が接触し運転が出来なくなることがある。このため、ポンプが運転可能な吸込側と吐出側のガスの圧力比が制限される。 Traditionally, Roots-type pumps have been used in various chemical plants for pumping, sucking or circulating gases. A Roots-type pump has two rotors in a casing, which rotate in opposite directions with the same phase of rotation. While the two rotors rotate with a slight gap between them and the inner surface of the casing and between the rotors, a certain amount of gas trapped between them is transferred from the suction side (low pressure side) to the discharge side (high pressure side). ), and the gas is discharged by pushing it toward the high pressure side. When the rotor discharges gas, the high-pressure gas on the discharge side flows back into the casing, thereby compressing the discharged gas. When the gas pressure difference between the suction side and the discharge side is large and the amount of air discharged by the pump is large, a large shaft power is required, so a large driving motor is required and its power consumption increases. In addition, when the pressure ratio between the gas on the suction side and the gas on the discharge side is large, the temperature of the discharge gas becomes high due to the heat of compression, so the temperature of the rotating rotor rises. As a result, the rotating rotor and the casing, or between the rotors may come into contact with each other, making it impossible to operate. Therefore, the pressure ratio between the gas on the suction side and the gas on the discharge side at which the pump can be operated is limited.

そこで、ポンプの軸動力を低減させ、かつ、吐出ガスの温度上昇をポンプが運転可能な温度に抑制するために、吸込側と吐出側のガスの圧力差と圧力比を、移動容積の異なる複数のルーツ式ポンプで分担する多段ルーツ式ポンプが広く用いられている。このような多段ルーツ式ポンプとしては、例えば図23に示すように、複数台の単段ルーツ式ポンプ(ガスを1回の吸込及び吐出により圧縮するポンプ作動領域を1段のみ有するルーツ式ポンプ)を直列に配置し、前段のポンプの吐出口と後段のポンプの吸込口とを配管で接続した多段ルーツ式ポンプ(以下、「配管接続型」と称する。)がある。また、例えば図24ならびに特許文献1および2に示すように、ロータを支持する2本の回転軸の軸方向に複数段のロータを直列に配置した多段ルーツ式ポンプ(以下、「直列内装型」と称する。)も提案されている。 Therefore, in order to reduce the shaft power of the pump and to suppress the temperature rise of the discharge gas to a temperature at which the pump can be operated, the pressure difference and the pressure ratio of the gas on the suction side and the discharge side are adjusted to a plurality of different moving volumes. Multi-stage roots pumps are widely used. As such a multistage Roots pump, for example, as shown in FIG. 23, a plurality of single stage Roots pumps (a Roots pump having only one pump operating region for compressing gas by one suction and one discharge). are arranged in series, and the discharge port of the pump in the preceding stage and the suction port of the pump in the subsequent stage are connected by piping (hereinafter referred to as "piping connection type"). Further, as shown in, for example, FIG. ) has also been proposed.

実用新案登録第3139905号公報Utility Model Registration No. 3139905 実用新案登録第3176808号公報Utility Model Registration No. 3176808

しかしながら、配管接続型の多段ルーツ式ポンプは、複数台の単段ルーツ式ポンプが外部配管で直列に接続される構造である。その構造上、配管接続型の多段ルーツ式ポンプには、広い設置面積が必要となるという問題がある。また、それぞれの単段ルーツ式ポンプにおいて生じるガスの脈動により、配管表面からの騒音および配管の振動が発生するという問題もある。 However, the pipe-connected multi-stage roots-type pump has a structure in which a plurality of single-stage roots-type pumps are connected in series via an external pipe. Due to its structure, the pipe-connected multi-stage roots pump has the problem that it requires a large installation area. Another problem is that the pulsation of gas generated in each single-stage roots-type pump causes noise and vibration from the pipe surface.

他方、直列内装型の多段ルーツ式ポンプは、ロータを支持する2本の回転軸の軸方向に複数段のロータを直列に配置する構造である。その構造上、直列内装型の多段ルーツ式ポンプでは、ロータの回転軸が長くなるため、吸込圧力と吐出圧力の圧力差が大きな運転条件や、急激な圧力変動が生じる運転条件下において、回転軸の撓みが大きくなるため、回転するロータとケーシングの内面とが接触し易いという問題もある。ロータとケーシングの内面が接触すると、ポンプの作動が停止してしまう。そのため、圧力差の大きな運転条件や急激な圧力変動が生じる運転条件等の厳しい運転条件下でも、ロータとケーシングの内面とが接触せずに安全に作動できる多段ルーツ式ポンプが求められている。 On the other hand, the multi-stage Roots type pump of serial internal type has a structure in which a plurality of stages of rotors are arranged in series in the axial direction of two rotating shafts that support the rotors. Structurally, in series internal multistage Roots pumps, the rotor shaft is long. There is also the problem that the rotating rotor and the inner surface of the casing are likely to come into contact with each other because the deflection of the rotor becomes large. Contact between the rotor and the inner surface of the casing will cause the pump to stop operating. Therefore, there is a demand for a multi-stage roots pump that can operate safely without contact between the rotor and the inner surface of the casing even under severe operating conditions such as operating conditions with a large pressure difference or sudden pressure fluctuations.

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、設置面積を小さくできるとともに、脈動による騒音および振動を低減し、かつ、厳しい運転条件下でもロータとケーシングの内面との接触を防止可能な、多段ルーツ式ポンプを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and is capable of reducing the installation area, reducing noise and vibration caused by pulsation, and preventing contact between the rotor and the inner surface of the casing even under severe operating conditions. It is an object of the present invention to provide a multi-stage Roots-type pump which is possible.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下の(1)および(2)により、多段ルーツ式ポンプの設置面積を小さくできるとともに、脈動による騒音および振動を低減し、かつ、厳しい運転条件下でもロータとケーシングの内面との接触を防止できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成した。
(1)複数段のロータ等の圧縮要素を回転軸の軸方向に対して並列に配置すること
(2)並列に配置された複数段の圧縮要素のうち、少なくとも1つの隣接する圧縮要素間の移動容積比を1より大きくすること
As a result of extensive research to solve the above problems, the present inventors have found that the following (1) and (2) make it possible to reduce the installation area of the multistage roots pump and reduce noise and vibration caused by pulsation. In addition, the inventors have found that contact between the rotor and the inner surface of the casing can be prevented even under severe operating conditions, and have completed the present invention based on this knowledge.
(1) Compression elements such as multiple stages of rotors are arranged in parallel with respect to the axial direction of the rotating shaft (2) Between at least one adjacent compression element among multiple stages of compression elements arranged in parallel Make the transfer volume ratio greater than 1

すなわち、本発明の第1の観点による多段ルーツ式ポンプは、互いに反対方向に回転可能な1対のロータと、前記1対のロータのそれぞれを回転可能に支持する2本の回転軸と、をそれぞれ独立に有する複数段の圧縮要素と、ガスの吸込口および吐出口が設けられ、同じ段の前記圧縮要素が有する2本の前記回転軸を含む平面の法線方向に沿って複数段の前記圧縮要素が並列配置されるように前記圧縮要素を収容するケーシングと、前記ケーシングに設けられ、隣接して配置された低圧側の前記圧縮要素と高圧側の前記圧縮要素との間に存在するガスを外部に吐出する少なくとも1つの中間吐出口と、前記ケーシングの外部に設けられ、前記中間吐出口から排出されたガスを冷却する冷却部と、前記ケーシングに設けられ、前記冷却部により冷却されたガスを前記中間吐出口よりも低圧側の前記圧縮要素内に導入する第1冷却ガス導入口と、を備え、下記式(1):
=Qth/Qth ・・・(1)
(ただし、式(1)において、Qthは、隣接する2つの前記圧縮要素のうち低圧側の前記圧縮要素の移動容積であり、Qthは、隣接する2つの前記圧縮要素のうち高圧側の前記圧縮要素の移動容積である。)
で表される移動容積比Rが1以上であり、かつ、並列に配置された複数段の前記圧縮要素のうち、少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において移動容積比Rが1より大きい。
That is, the multi-stage roots pump according to the first aspect of the present invention comprises a pair of rotors rotatable in mutually opposite directions, and two rotary shafts rotatably supporting each of the pair of rotors. A plurality of stages of compression elements each independently provided, and a gas suction port and a gas discharge port are provided. A casing that houses the compression elements so that the compression elements are arranged in parallel, and a gas that is provided in the casing and exists between the low-pressure side compression element and the high-pressure side compression element that are arranged adjacent to each other. at least one intermediate discharge port that discharges to the outside, a cooling unit that is provided outside the casing and cools the gas discharged from the intermediate discharge port, and is provided in the casing and cooled by the cooling unit a first cooling gas introduction port that introduces gas into the compression element on the lower pressure side than the intermediate discharge port, and the following formula (1):
RQ = QthL / QthH (1)
(However, in formula (1), Qth L is the movement volume of the compression element on the low pressure side of the two adjacent compression elements, and Qth H is the displacement of the compression element on the high pressure side of the two adjacent compression elements. is the displacement volume of the compression element.)
The moving volume ratio R Q is 1 or more, and the moving volume ratio R Q is greater than 1 between at least one adjacent compression element among the plurality of stages of compression elements arranged in parallel. .

第1の観点の前記多段ルーツ式ポンプは、前記ロータを回転駆動する駆動機構をさらに備え、前記駆動機構は、少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において、低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの回転数を、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの回転数よりも高くしてもよい。 The multi-stage roots pump of the first aspect further comprises a drive mechanism for rotationally driving the rotor, wherein the drive mechanism rotates between at least one adjacent compression element of the rotor on the low-pressure side of the compression element. The number of revolutions may be higher than the number of revolutions of the rotor in the compression element on the high pressure side.

この場合に、少なくとも1つの前記圧縮要素における前記1対のロータの長さおよび直径が、並列配置された他の前記圧縮要素における前記1対のロータの長さおよび直径と同一であってもよい。 In this case, the length and diameter of the pair of rotors in at least one of the compression elements may be the same as the length and diameter of the pair of rotors in the other compression element arranged in parallel. .

前記駆動機構を備える第1の観点の前記多段ルーツ式ポンプにおいて、前記圧縮要素の数が2つであり、前記駆動機構が、1段目の2本の前記回転軸の軸端に互いに噛み合うように設けられる1対の第1タイミングギヤと、2段目の2本の前記回転軸の軸端に互いに噛み合うように設けられる1対の第2タイミングギヤと、1対の前記第1タイミングギヤのうち一方の前記第1タイミングギヤと噛み合う第1駆動ギヤと、1対の前記第2タイミングギヤのうち一方の前記第2タイミングギヤと噛み合う第2駆動ギヤと、前記第1駆動ギヤと前記第2駆動ギヤとを回転可能に支持する単一の駆動軸と、を有し、1段目の前記ロータの回転数が2段目の前記ロータの回転数より高くなるように、前記第1駆動ギヤおよび前記第2駆動ギヤの歯数が設定されてもよい。 In the multi-stage roots pump of the first aspect comprising the drive mechanism, the number of compression elements is two, and the drive mechanism is arranged so that the shaft ends of the two rotary shafts of the first stage are meshed with each other. A pair of first timing gears provided in the second stage, a pair of second timing gears provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts of the second stage, and a pair of the first timing gears a first drive gear that meshes with one of the first timing gears; a second drive gear that meshes with one of the second timing gears of the pair of second timing gears; and a single drive shaft rotatably supporting the drive gear, wherein the first drive gear rotates so that the rotation speed of the rotor in the first stage is higher than the rotation speed of the rotor in the second stage. and the number of teeth of the second drive gear may be set.

また、第1の観点の前記多段ルーツ式ポンプの少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において、低圧側の前記圧縮要素における前記ロータと高圧側の前記圧縮要素における前記ロータとが、以下の条件(A)と条件(B)の少なくともいずれか一方を満足してもよい。
(A)低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの長さが、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの長さよりも長い。
(B)低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの直径が、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの直径よりも大きい。
Further, between at least one adjacent compression element of the multi-stage roots pump of the first aspect, the rotor in the compression element on the low pressure side and the rotor in the compression element on the high pressure side meet the following conditions ( At least one of A) and condition (B) may be satisfied.
(A) The length of the rotor in the compression element on the low pressure side is longer than the length of the rotor in the compression element on the high pressure side.
(B) the diameter of the rotor in the compression element on the low pressure side is larger than the diameter of the rotor in the compression element on the high pressure side;

この場合に、第1の観点の前記多段ルーツ式ポンプは、前記ロータを回転駆動する駆動機構をさらに備え、前記駆動機構は、低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの回転数を、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの回転数と同一にしてもよい。 In this case, the multi-stage roots pump of the first aspect further comprises a drive mechanism for rotationally driving the rotor, wherein the drive mechanism changes the rotational speed of the rotor in the compression element on the low pressure side to It may be the same as the rotation speed of the rotor in the compression element.

前記駆動機構を備える第1の観点の前記多段ルーツ式ポンプにおいて、前記圧縮要素の数が2つであり、前記駆動機構が、1段目の2本の前記回転軸の軸端に互いに噛み合うように設けられる1対の第1タイミングギヤと、2段目の2本の前記回転軸の軸端に互いに噛み合うように設けられる1対の第2タイミングギヤと、1対の前記第1タイミングギヤのうち一方の前記第1タイミングギヤと、1対の前記第2タイミングギヤのうち一方の前記第2タイミングギヤの両方と噛み合う共通駆動ギヤと、前記共通駆動ギヤを回転可能に支持する駆動軸と、を有し、1段目の前記圧縮要素における前記ロータと2段目の前記圧縮要素における前記ロータとが、以下の条件(A)と条件(B)の少なくともいずれか一方を満足してもよい。
(A)1段目の前記圧縮要素における前記ロータの長さが、2段目の前記圧縮要素における前記ロータの長さよりも長い。
(B)1段目の前記圧縮要素における前記ロータの直径が、2段目の前記圧縮要素における前記ロータの直径よりも大きい。
In the multi-stage roots pump of the first aspect comprising the drive mechanism, the number of compression elements is two, and the drive mechanism is arranged so that the shaft ends of the two rotary shafts of the first stage are meshed with each other. A pair of first timing gears provided in the second stage, a pair of second timing gears provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts of the second stage, and a pair of the first timing gears a common drive gear that meshes with one of the first timing gear and one of the second timing gears of the pair of second timing gears; a drive shaft that rotatably supports the common drive gear; and the rotor in the compression element of the first stage and the rotor in the compression element of the second stage may satisfy at least one of the following conditions (A) and (B) .
(A) The length of the rotor in the compression element of the first stage is longer than the length of the rotor in the compression element of the second stage.
(B) The diameter of the rotor in the compression element of the first stage is larger than the diameter of the rotor in the compression element of the second stage.

また、第1の観点の前記多段ルーツ式ポンプは、前記ロータを回転駆動する駆動機構をさらに備え、前記駆動機構は、少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの回転数を、低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの回転数よりも高くし、かつ、少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において、低圧側の前記圧縮要素における前記ロータと高圧側の前記圧縮要素における前記ロータとが、以下の条件(A)と条件(B)の少なくともいずれか一方を満足してもよい。
(A)低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの長さが、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの長さよりも長い。
(B)低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの直径が、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの直径よりも大きい。
Further, the multistage roots pump of the first aspect further includes a drive mechanism for rotationally driving the rotor, wherein the drive mechanism is arranged between at least one adjacent compression element such that, between the compression elements on the high pressure side, the The rotation speed of the rotor is higher than the rotation speed of the rotor in the compression element on the low pressure side, and between at least one adjacent compression element, the rotor in the compression element on the low pressure side and the rotor on the high pressure side The rotor in the compression element may satisfy at least one of the following conditions (A) and (B).
(A) The length of the rotor in the compression element on the low pressure side is longer than the length of the rotor in the compression element on the high pressure side.
(B) the diameter of the rotor in the compression element on the low pressure side is larger than the diameter of the rotor in the compression element on the high pressure side;

この場合に、少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において、低圧側の前記圧縮要素における前記ロータと高圧側の前記圧縮要素における前記ロータとが、前記条件(A)と前記条件(B)の両方を満足してもよい。 In this case, between at least one adjacent compression element, the rotor in the compression element on the low pressure side and the rotor in the compression element on the high pressure side satisfy both the condition (A) and the condition (B) may be satisfied.

前記駆動機構を備える第1の観点の前記多段ルーツ式ポンプにおいて、前記圧縮要素の数が2つであり、前記駆動機構が、1段目の2本の前記回転軸の軸端に互いに噛み合うように設けられる1対の第1タイミングギヤと、2段目の2本の前記回転軸の軸端に互いに噛み合うように設けられる1対の第2タイミングギヤと、1対の前記第1タイミングギヤのうち一方の前記第1タイミングギヤと噛み合う第1駆動ギヤと、1対の前記第2タイミングギヤのうち一方の前記第2タイミングギヤと噛み合う第2駆動ギヤと、前記第1駆動ギヤと前記第2駆動ギヤとを回転可能に支持する単一の駆動軸と、を有し、2段目の前記ロータの回転数が1段目の前記ロータの回転数より高くなるように、前記第1駆動ギヤおよび前記第2駆動ギヤの歯数が設定されてもよい。 In the multi-stage roots pump of the first aspect comprising the drive mechanism, the number of compression elements is two, and the drive mechanism is arranged so that the shaft ends of the two rotary shafts of the first stage are meshed with each other. A pair of first timing gears provided in the second stage, a pair of second timing gears provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts of the second stage, and a pair of the first timing gears a first drive gear that meshes with one of the first timing gears; a second drive gear that meshes with one of the second timing gears of the pair of second timing gears; and a single drive shaft rotatably supporting the drive gear, wherein the first drive gear rotates so that the rotation speed of the rotor in the second stage is higher than the rotation speed of the rotor in the first stage. and the number of teeth of the second drive gear may be set.

また、本発明の第2の観点による多段ルーツ式ポンプは、互いに反対方向に回転可能な1対のロータと、前記1対のロータのそれぞれを回転可能に支持する2本の回転軸と、をそれぞれ独立に有する複数段の圧縮要素と、ガスの吸込口および吐出口が設けられ、同じ段の前記圧縮要素が有する2本の前記回転軸を含む平面の法線方向に沿って複数段の前記圧縮要素が並列配置されるように前記圧縮要素を収容するケーシングと、前記ロータを回転駆動する駆動機構と、を備え、下記式(1):
=Qth/Qth ・・・(1)
(ただし、式(1)において、Qthは、隣接する2つの前記圧縮要素のうち低圧側の前記圧縮要素の移動容積であり、Qthは、隣接する2つの前記圧縮要素のうち高圧側の前記圧縮要素の移動容積である。)
で表される移動容積比Rが1以上であり、かつ、並列に配置された複数段の前記圧縮要素のうち、少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において移動容積比Rが1より大きく、前記駆動機構は、少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの回転数を、低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの回転数よりも高くし、かつ、少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において、低圧側の前記圧縮要素における前記ロータと高圧側の前記圧縮要素における前記ロータとが、以下の条件(A)と条件(B)の少なくともいずれか一方を満足する。
(A)低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの長さが、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの長さよりも長い。
(B)低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの直径が、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの直径よりも大きい。
A multi-stage roots-type pump according to a second aspect of the present invention comprises a pair of rotors rotatable in mutually opposite directions, and two rotary shafts rotatably supporting each of the pair of rotors. A plurality of stages of compression elements each independently provided, and a gas suction port and a gas discharge port are provided. A casing that houses the compression elements so that the compression elements are arranged in parallel, and a drive mechanism that rotationally drives the rotor, wherein the following formula (1):
RQ = QthL / QthH (1)
(However, in formula (1), Qth L is the movement volume of the compression element on the low pressure side of the two adjacent compression elements, and Qth H is the displacement of the compression element on the high pressure side of the two adjacent compression elements. is the displacement volume of the compression element.)
The moving volume ratio R Q is 1 or more, and the moving volume ratio R Q is greater than 1 between at least one adjacent compression element among the plurality of stages of compression elements arranged in parallel. , between at least one of the adjacent compression elements, the drive mechanism makes the rotation speed of the rotor in the compression element on the high pressure side higher than the rotation speed of the rotor in the compression element on the low pressure side; Between at least one adjacent compression element, the rotor in the compression element on the low pressure side and the rotor in the compression element on the high pressure side satisfy at least one of the following conditions (A) and (B): Be satisfied.
(A) The length of the rotor in the compression element on the low pressure side is longer than the length of the rotor in the compression element on the high pressure side.
(B) the diameter of the rotor in the compression element on the low pressure side is larger than the diameter of the rotor in the compression element on the high pressure side;

第2の観点の前記多段ルーツ式ポンプは、少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において、低圧側の前記圧縮要素における前記ロータと高圧側の前記圧縮要素における前記ロータとが、前記条件(A)と前記条件(B)の両方を満足してもよい。 In the multi-stage roots pump of the second aspect, between at least one adjacent compression element, the rotor in the compression element on the low pressure side and the rotor in the compression element on the high pressure side meet the condition (A) and the above condition (B).

第2の観点の前記多段ルーツ式ポンプにおいて、前記圧縮要素の数が2つであり、前記駆動機構が、1段目の2本の前記回転軸の軸端に互いに噛み合うように設けられる1対の第1タイミングギヤと、2段目の2本の前記回転軸の軸端に互いに噛み合うように設けられる1対の第2タイミングギヤと、1対の前記第1タイミングギヤのうち一方の前記第1タイミングギヤと噛み合う第1駆動ギヤと、1対の前記第2タイミングギヤのうち一方の前記第2タイミングギヤと噛み合う第2駆動ギヤと、前記第1駆動ギヤと前記第2駆動ギヤとを回転可能に支持する単一の駆動軸と、を有し、2段目の前記ロータの回転数が1段目の前記ロータの回転数より高くなるように、前記第1駆動ギヤおよび前記第2駆動ギヤの歯数が設定されてもよい。 In the multi-stage roots pump of the second aspect, the number of compression elements is two, and the drive mechanism is a pair provided at the shaft ends of the two rotation shafts of the first stage so as to mesh with each other. a pair of second timing gears provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts of the second stage; and one of the pair of first timing gears, the first timing gear A first driving gear meshing with one timing gear, a second driving gear meshing with one of the second timing gears of the pair of second timing gears, and the first driving gear and the second driving gear are rotated. and a single drive shaft capable of supporting said first drive gear and said second drive such that the rotational speed of said rotor in a second stage is higher than the rotational speed of said rotor in a first stage. The number of gear teeth may be set.

第2の観点の多段ルーツ式ポンプにおいて、前記ケーシングが、隣接して配置された低圧側の前記圧縮要素と高圧側の前記圧縮要素の間に存在するガスを外部に吐出する少なくとも1つの中間吐出口をさらに有してもよい。 In the multi-stage roots-type pump of the second aspect, the casing has at least one intermediate discharge for discharging gas existing between the adjacent low-pressure side compression element and the high-pressure side compression element to the outside. It may further have an outlet.

第1および第2の観点による前記多段ルーツ式ポンプにおいて、前記ケーシングが、最後段の前記圧縮要素にガスが吸い込まれる吸込位置と前記吐出口との間に、前記圧縮要素内に冷却ガスを導入する第2冷却ガス導入口をさらに有してもよい。また、前記圧縮要素の配置のみにより、前記ケーシングの内部が前記圧縮要素と同数のポンプ作動領域に分割されていてもよく、複数の前記圧縮要素が、一体の前記ケーシング内に単一の段群として設けられていてもよい。 In the multi-stage roots pump according to the first and second aspects, the casing introduces cooling gas into the compression elements between a suction position where gas is sucked into the last stage compression element and the discharge port. You may further have the 2nd cooling gas introduction port which carries out. Alternatively, the interior of the casing may be divided into the same number of pump operating regions as the number of compression elements solely by the arrangement of the compression elements, and a plurality of the compression elements may be arranged in a single stage group within the integral casing. may be provided as

なお、本発明において、ロータの「長さ」とは、ロータの回転軸方向の長さのことをいう。また、本発明において、ロータの「直径」とは、ロータの回転軸に垂直な断面(ロータプロフィル)におけるロータの回転中心を中心とし、ロータの突出部の先端に接する円の直径のことをいう。 In the present invention, the "length" of the rotor means the length of the rotor in the rotation axis direction. Further, in the present invention, the "diameter" of the rotor refers to the diameter of a circle centered on the rotation center of the rotor in a cross section perpendicular to the rotation axis of the rotor (rotor profile) and in contact with the tip of the protruding portion of the rotor. .

本発明によれば、多段ルーツ式ポンプの設置面積を小さくできるとともに、脈動による騒音および振動を低減し、かつ、厳しい運転条件下でもロータとケーシングの内面との接触を防止できる。 According to the present invention, it is possible to reduce the installation area of the multi-stage roots pump, reduce noise and vibration due to pulsation, and prevent contact between the rotor and the inner surface of the casing even under severe operating conditions.

第1実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの全体構成を示す部分断面図である。1 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of a multistage roots pump according to a first embodiment; FIG. 図1のII-II線で切断した断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1; 図1のIII-III線で切断した断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 1; 図1のIV-IV線で切断した断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 1; 第1実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの動作例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation example of the multistage roots pump according to the first embodiment; 第1実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの動作例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation example of the multistage roots pump according to the first embodiment; 第1実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの動作例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation example of the multistage roots pump according to the first embodiment; 第1実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの動作例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation example of the multistage roots pump according to the first embodiment; 第1実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの動作例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation example of the multistage roots pump according to the first embodiment; 第1実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの動作例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation example of the multistage roots pump according to the first embodiment; 第1実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの動作例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation example of the multistage roots pump according to the first embodiment; 第1実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの動作例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation example of the multistage roots pump according to the first embodiment; 第1実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの動作例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation example of the multistage roots pump according to the first embodiment; 第1実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの動作例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation example of the multistage roots pump according to the first embodiment; 第1実施形態の第1変更例に係る多段ルーツ式ポンプの構成を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of a multi-stage roots pump according to a first modified example of the first embodiment; 第1変更例に係る多段ルーツ式ポンプにおける冷却ガスの流れを示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing the flow of cooling gas in a multistage roots pump according to a first modified example; 第1変更例に係る多段ルーツ式ポンプにおける冷却ガスの流れを示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing the flow of cooling gas in a multistage roots pump according to a first modified example; 第1実施形態の第2変更例に係る多段ルーツ式ポンプの構成を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of a multi-stage roots pump according to a second modification of the first embodiment; 本発明の第2実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの全体構成を示す部分断面図である。FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of a multistage roots pump according to a second embodiment of the present invention; 図11のXI-XI線で切断した断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line XI-XI of FIG. 11; 図11のXII-XII線で切断した断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG. 11; 本発明の第3実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの全体構成を示す部分断面図である。FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of a multi-stage roots pump according to a third embodiment of the present invention; 図13のXIV-XIV線で切断した断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line XIV-XIV in FIG. 13; 図13のXV-XV線で切断した断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line XV-XV of FIG. 13; 本発明の第4実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの全体構成を示す部分断面図である。FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of a multi-stage roots pump according to a fourth embodiment of the present invention; 図16のXVII-XVII線で切断した断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view taken along line XVII-XVII of FIG. 16; 図16のXVIII-XVIII線で切断した断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view taken along line XVIII-XVIII in FIG. 16; 図16のXIX-XIX線で切断した断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view taken along line XIX-XIX in FIG. 16; 本発明の第5実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの全体構成を示す部分断面図である。FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of a multistage roots pump according to a fifth embodiment of the present invention; 図20のXXI―XXI線で切断した断面図である。21 is a cross-sectional view taken along line XXI-XXI of FIG. 20; FIG. 図20のXXII―XXII線で切断した断面図である。21 is a cross-sectional view taken along line XXII-XXII of FIG. 20; FIG. 図20のXXIII―XXIII線で切断した断面図である。21 is a cross-sectional view taken along line XXIII-XXIII of FIG. 20; FIG. 本発明の第6実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの全体構成を示す部分断面図である。FIG. 12 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of a multistage roots pump according to a sixth embodiment of the present invention; 図24のXXV-XXV線で切断した断面図である。FIG. 25 is a cross-sectional view taken along line XXV-XXV of FIG. 24; 図24のXXVI-XXVI線で切断した断面図である。FIG. 25 is a cross-sectional view taken along line XXVI-XXVI of FIG. 24; 第1実施形態に係る多段ルーツ式ポンプにおける漏れ面積を説明するための断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a leak area in the multistage roots pump according to the first embodiment; 第1実施形態に係る多段ルーツ式ポンプにおける漏れ面積を説明するための断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a leak area in the multistage roots pump according to the first embodiment; 第6実施形態に係る多段ルーツ式ポンプにおける漏れ面積を説明するための断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining a leak area in a multistage roots pump according to a sixth embodiment; 第6実施形態に係る多段ルーツ式ポンプにおける漏れ面積を説明するための断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining a leak area in a multistage roots pump according to a sixth embodiment; 本発明の第7実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの全体構成を示す部分断面図である。FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of a multistage roots pump according to a seventh embodiment of the present invention; 図31のXXXII-XXXII線で切断した断面図である。FIG. 32 is a cross-sectional view taken along line XXXII-XXXII of FIG. 31; 本発明の第8実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの全体構成を示す部分断面図である。FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of a multistage roots pump according to an eighth embodiment of the present invention; 図33のXXXIV-XXXIV線で切断した断面図である。FIG. 34 is a cross-sectional view taken along line XXXIV-XXXIV of FIG. 33; 本発明の第9実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの全体構成を示す部分断面図である。FIG. 21 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of a multistage roots pump according to a ninth embodiment of the present invention; 図35のXXXVI-XXXVI線で切断した断面図である。FIG. 36 is a cross-sectional view taken along line XXXVI-XXXVI of FIG. 35; 図35のXXXVII-XXXVII線で切断した断面図である。FIG. 36 is a cross-sectional view taken along line XXXVII-XXXVII of FIG. 35; 図35のXXXVIII-XXXVIII線で切断した断面図である。FIG. 36 is a cross-sectional view taken along line XXXVIII-XXXVIII of FIG. 35; 本発明の第10実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの全体構成を示す部分断面図である。FIG. 20 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of a multistage roots pump according to a tenth embodiment of the present invention; 図39のXL-XL線で切断した断面図である。FIG. 40 is a cross-sectional view taken along line XL-XL in FIG. 39; 本発明の第11実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの全体構成を示す部分断面図である。FIG. 21 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of a multistage roots pump according to an eleventh embodiment of the present invention; 図41のXLII-XLII線で切断した断面図である。FIG. 42 is a cross-sectional view taken along line XLII-XLII in FIG. 41; 第1~第11実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの用途の一例を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of application of the multistage roots pump according to the first to eleventh embodiments; 配管接続型多段ルーツ式ポンプの構成の一例を示す側面図である。1 is a side view showing an example of the configuration of a pipe-connected multistage roots pump; FIG. 直列内装型多段ルーツ式ポンプの構成の一例を示す部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing an example of the configuration of an in-line multistage roots pump. 本発明の第6実施形態に対応する実施例のポンプと、比較例のポンプにおける全軸動力の計算結果を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing calculation results of all-axis power in a pump of an example corresponding to the sixth embodiment of the present invention and a pump of a comparative example; FIG. 本発明の第7実施形態に対応する実施例のポンプと、比較例のポンプにおける全軸動力の計算結果を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing calculation results of all-axis power in a pump of an example corresponding to the seventh embodiment of the present invention and a pump of a comparative example; FIG. 本発明の第8実施形態に対応する実施例のポンプと、比較例のポンプにおける全軸動力の計算結果を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing calculation results of all-axis power in a pump of an example corresponding to the eighth embodiment of the present invention and a pump of a comparative example; FIG.

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面においては、同一の符号が付された構成要素は、実質的に同一の構造または機能を有するものとする。また、本発明に係る多段ルーツ式ポンプは、技術的に矛盾しない限りにおいて、後述する第1実施形態およびその変更例、ならびに第2~第11実施形態のうちの少なくとも2以上の態様を組み合わせたものであってもよい。さらに、先行する実施形態で述べた事項は、技術的に矛盾しない限りにおいて、後続する変更例および実施形態にも適宜符号を読み替えて準用される。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In addition, in this specification and the drawings, constituent elements with the same reference numerals have substantially the same structure or function. In addition, the multi-stage roots pump according to the present invention is a combination of at least two aspects of the first embodiment and modifications thereof, and the second to eleventh embodiments, as long as there is no technical contradiction. can be anything. Furthermore, the matters described in the preceding embodiments are also applied mutatis mutandis to the following modified examples and embodiments by appropriately replacing the symbols as long as they are not technically inconsistent.

[本発明と先行技術との関係]
初めに、図44および45を参照しながら、先行技術に係る配管接続型および直列内装型の多段ルーツ式ポンプの構成および問題点を述べた後に、当該問題点を解決するためになされた本発明に係る多段ルーツ式ポンプの概要を述べる。
[Relationship between the present invention and prior art]
First, referring to FIGS. 44 and 45, the configuration and problems of the pipe connection type and series internal type multi-stage Roots type pumps according to the prior art will be described, and then the present invention will be made to solve the problems. The outline of the multi-stage roots type pump according to

(配管接続型多段ルーツ式ポンプ)
図44に示すように、配管接続型の多段ルーツ式ポンプの一例としての外装2段ルーツ式ポンプ50は、2台の単段ルーツ式ポンプ51、52が外部の配管53で直列に接続される構造を有する。
(Piping connection type multistage roots type pump)
As shown in FIG. 44 , an exterior two-stage roots-type pump 50 as an example of a pipe-connected multi-stage roots-type pump has two single-stage roots-type pumps 51 and 52 connected in series by an external pipe 53 . have a structure.

<構成>
単段ルーツ式ポンプ51(以下、単に「単段ポンプ51」と記載する。)は低圧側のポンプであり、単段ルーツ式ポンプ52(以下、単に「単段ポンプ52」と記載する。)は高圧側のポンプである。例えば、外装2段ルーツ式ポンプ50を真空ポンプとして用いる場合、単段ポンプ51は真空側のポンプ、単段ポンプ52は大気圧側のポンプとなる。単段ポンプ51は、圧縮されるガスの吸込口51aを有し、単段ポンプ52は、圧縮されたガスの吐出口52aを有する。また、単段ポンプ51のケーシング内部に設けられたロータ(図示せず)の駆動軸51bの一端がモータ54に接続され、単段ポンプ52のケーシング内部に設けられたロータ(図示せず)の駆動軸52bの一端がモータ54に接続される。
<Configuration>
A single-stage roots-type pump 51 (hereinafter simply referred to as "single-stage pump 51") is a pump on the low-pressure side, and a single-stage roots-type pump 52 (hereinafter simply referred to as "single-stage pump 52"). is the high pressure side pump. For example, when the exterior two-stage roots pump 50 is used as a vacuum pump, the single-stage pump 51 is a vacuum-side pump, and the single-stage pump 52 is an atmospheric pressure-side pump. The single-stage pump 51 has an inlet 51a for compressed gas, and the single-stage pump 52 has an outlet 52a for compressed gas. One end of the drive shaft 51b of the rotor (not shown) provided inside the casing of the single-stage pump 51 is connected to the motor 54, and the rotor (not shown) provided inside the casing of the single-stage pump 52 is driven. One end of the drive shaft 52 b is connected to the motor 54 .

外装2段ルーツ式ポンプ50は、吸込口51aから吸い込まれたガスを1段目の単段ポンプ51で圧縮した後に、配管53を通して圧縮ガスを2段目の単段ポンプ52に移送し、単段ポンプ52で圧縮ガスをさらに大気圧または所望の圧力まで圧縮し、吐出口52aから圧縮ガスを排出する。 The exterior two-stage roots type pump 50 compresses the gas sucked from the suction port 51a by the first-stage single-stage pump 51, and then transfers the compressed gas to the second-stage single-stage pump 52 through the pipe 53. The compressed gas is further compressed to the atmospheric pressure or a desired pressure by the stage pump 52, and the compressed gas is discharged from the discharge port 52a.

<問題点>
外装2段ルーツ式ポンプ50のような配管接続型の多段ルーツ式ポンプは、複数台の単段ルーツ式ポンプ(51、52)が外部の配管(53)で直列に接続される構造であることから、以下の問題を有する。第1に、複数台の単段ルーツ式ポンプ(51、52)分の広い設置面積が必要となる。第2に、ガスが複数台の単段ルーツ式ポンプ(51、52)を接続する配管(53)内を流れる際の圧力損失により、排気性能が低下し、かつ、ポンプ(51、52)を駆動するモータ(54)の消費動力が増加する。第3に、それぞれの単段ルーツ式ポンプ(51、52)において生じるガスの脈動により、2台の単段ルーツ式ポンプ(51、52)を接続する配管(53)の表面から騒音が発生するとともに、配管(53)が振動する。第4に、2台の単段ルーツ式ポンプ(51、52)を駆動する必要があるため、それぞれの単段ルーツ式ポンプ(51、52)の駆動軸(51b、52b)に軸封機構(図示せず)を設ける必要がある。
<Problems>
A pipe-connected multi-stage roots-type pump such as the exterior two-stage roots-type pump 50 has a structure in which a plurality of single-stage roots-type pumps (51, 52) are connected in series with an external pipe (53). Therefore, it has the following problems. First, it requires a large footprint for multiple single-stage roots pumps (51, 52). Secondly, the pressure loss when gas flows through the piping (53) connecting the single-stage roots pumps (51, 52) reduces the exhaust performance and reduces the pumps (51, 52). The power consumption of the driving motor (54) increases. Thirdly, the gas pulsation generated in each single-stage roots pump (51, 52) causes noise from the surface of the pipe (53) connecting the two single-stage roots pumps (51, 52). Along with this, the pipe (53) vibrates. Fourthly, since it is necessary to drive two single-stage roots pumps (51, 52), the drive shafts (51b, 52b) of the single-stage roots pumps (51, 52) are provided with shaft seal mechanisms (51b, 52b). (not shown) must be provided.

(直列内装型多段ルーツ式ポンプ)
図45に示すように、直列内装型多段ルーツ式ポンプの一例としての内装2段ルーツ式ポンプ60は、ケーシング61の内部に、2組のロータ62、63が2本の回転軸64の軸方向に直列に配置される構造を有する。すなわち、直列内装型多段ルーツ式ポンプでは、2組のロータ62、63は、同軸上に配置される。
(In-line multi-stage roots type pump)
As shown in FIG. 45 , an internal two-stage roots-type pump 60 as an example of a serial internal-type multi-stage roots-type pump has a casing 61 in which two sets of rotors 62 and 63 are arranged in the axial direction of two rotating shafts 64 . has a structure that is arranged in series with That is, in the series internal multistage roots pump, the two sets of rotors 62 and 63 are coaxially arranged.

<構成>
ケーシング61は、例えば、ロータ62の上方に圧縮されるガスの吸込口61aを有し、ロータ63の下方に圧縮されたガスの吐出口61bを有する。ロータ62、63は、それぞれ、回転軸64に回転可能に支持されており、互いに反対方向に回転する。2本の回転軸64のそれぞれの軸端にはタイミングギヤ65が取り付けられている。タイミングギヤ65の歯数は、2組のロータ62、63が同じ回転速度で回転するように設定される。また、回転軸64の両端部は、それぞれベアリング66A、66Bにより支持されている。回転軸64のタイミングギヤ65と反対側の軸端は、図示しないモータに接続される。
<Configuration>
The casing 61 has, for example, a suction port 61 a for compressed gas above the rotor 62 and a discharge port 61 b for compressed gas below the rotor 63 . The rotors 62 and 63 are each rotatably supported by a rotating shaft 64 and rotate in directions opposite to each other. A timing gear 65 is attached to each shaft end of the two rotating shafts 64 . The number of teeth of the timing gear 65 is set so that the two sets of rotors 62 and 63 rotate at the same rotational speed. Both ends of the rotary shaft 64 are supported by bearings 66A and 66B, respectively. A shaft end of the rotary shaft 64 opposite to the timing gear 65 is connected to a motor (not shown).

また、内装2段ルーツ式ポンプ60は、ロータ62とロータ63とが同軸上に直列に配置されることから、1段目(低圧側)のロータ62で圧縮されたガスを2段目(高圧側)のロータ63に移送するためのガス流路67を有する。このガス流路67は、ロータ62の下方にロータ62の長手方向に延びた部分と、ロータ62とロータ63とに挟まれた鉛直方向に延びた部分とを有する。ガス流路67の鉛直方向に延びた部分は、ロータ62の端面とガス流路67とを仕切る仕切り板68Aと、ロータ63の端面とガス流路67とを仕切る仕切り板68Bとにより囲まれている。 In addition, since the rotor 62 and the rotor 63 of the internal two-stage roots pump 60 are coaxially arranged in series, the gas compressed by the rotor 62 of the first stage (low pressure side) is transferred to the second stage (high pressure side). side) of the rotor 63. The gas flow path 67 has a portion extending in the longitudinal direction of the rotor 62 below the rotor 62 and a portion extending vertically between the rotors 62 and 63 . The vertically extending portion of the gas channel 67 is surrounded by a partition plate 68A that separates the end face of the rotor 62 from the gas channel 67 and a partition plate 68B that separates the end face of the rotor 63 from the gas channel 67. there is

内装2段ルーツ式ポンプ60は、吸込口61aから吸い込まれたガスを1段目のロータ62で圧縮した後に、ガス流路67を通して圧縮ガスを2段目のロータ63に移送し、ロータ63で圧縮ガスをさらに大気圧または所望の圧力まで圧縮し、吐出口61bから圧縮ガスを排出する。 The internal two-stage roots-type pump 60 compresses the gas sucked from the suction port 61a by the rotor 62 of the first stage, and then transfers the compressed gas to the rotor 63 of the second stage through the gas flow path 67. The compressed gas is further compressed to atmospheric pressure or a desired pressure, and the compressed gas is discharged from the discharge port 61b.

<問題点>
内装2段ルーツ式ポンプ60のような直列内装型の多段ルーツ式ポンプは、複数段のロータ(62、63)を回転軸(64)の軸方向に沿って直列に配置する構造であることから、以下の問題を有する。第1に、軸方向に直列に配置された前段(低圧側)のロータ(62)から後段(高圧側)のロータ(63)にガスを移送するためのガス流路(67)が必要となる。そのガス流路(67)を設けるためには、各段のロータ(62、63)を含むポンプ作動領域間に仕切り板(68A、68B)を設けるなどしてケーシング(61)をポンプ作動領域の数に分割する必要がある。第2に、直列に配置された複数段のロータ(62、63)の長さの合計以上の回転軸(64)の長さが必要となることため、回転軸(64)が長くなる。例えば、内装2段ルーツ式ポンプ60では、1段目と2段目の間の移動容積比を1.6~1.8程度にする場合、回転軸64の長さは、2段目のロータ63の長さを1とすると、2.6~2.8よりも長い3程度の長さが必要となる。そのため、特に、大型の(ロータ長さが長い)ロータを設ける場合に剛性が低下する。第3に、回転軸(64)を両端で支持するベアリング(66A、66B)が、軸方向に直列に配置された複数のポンプ作動領域を挟むように設けられるため、ベアリング(66A、66B)間の距離が長くなる。ポンプの運転条件により各ポンプ作動領域の吸込圧力と吐出圧力の差圧が大きくなると、この差圧により、軸と直交する方向の大きな荷重が各ポンプ作動領域のロータ(62、63)に負荷される。この場合にベアリング(66A、66B)間の距離が長いと、荷重による回転軸(64)の撓みが大きくなり、ロータ(62、63)の外周面とケーシング(61)の内面との間の僅かなすき間が維持できなくなる。その結果、回転するロータ(62、63)の外周面とケーシング(61)の内面とが接触し、ポンプの作動が停止する。第4に、ガスの圧縮熱により回転軸(64)とロータ(62、63)の温度が上昇すると、回転軸(64)とロータ(62、63)が熱膨張する。このとき、ベアリング(66A、66B)間の距離が長いと、熱膨張により、軸受(66A)と軸受(66B)側のロータ(62、63)の端面位置が大きく変動する。したがって、ポンプの運転中にロータ(62、63)の端面とケーシング(61)の内面との接触を防止するためには、予め大きな熱膨張を見込んでロータ(62、63)とケーシング(61)の内面との間に広いすき間を設定しなければならない。その結果、充分なポンプの排気性能が得られない。第5に、回転軸(64)の長さが長いことから、ロータ(62、63)、ケーシング(61)等の加工および組立が難しくなり、加工精度や組立精度が低下する場合がある。このように、ロータ(62、63)、ケーシング(61)等の加工精度や組立精度が低いことなどにより、各段のポンプ作動領域間で、ロータ(62、63)およびケーシング(61)の位置合わせの精度が低いと、ロータ(62、63)相互間およびロータ(62、63)とケーシング(61)との間のすき間に影響が出る。そのため、ロータ(62、63)、ケーシング(61)等には、高い加工精度および組立精度が求められる。したがって、ロータ(62、63)とケーシング(61)の内面との間のすき間は、加工精度および組立精度の高さに応じて、ある程度余裕を持って広めに設定する必要がある。その結果、上記と同様に充分なポンプの排気性能が得られない。
<Problems>
A series-internal multi-stage roots-type pump such as the internal two-stage roots-type pump 60 has a structure in which multiple stages of rotors (62, 63) are arranged in series along the axial direction of a rotating shaft (64). , has the following problems: First, a gas flow path (67) is required for transferring gas from the front (low pressure side) rotor (62) arranged axially in series to the rear (high pressure side) rotor (63). . In order to provide the gas flow path (67), partition plates (68A, 68B) are provided between the pump operation areas including the rotors (62, 63) of each stage, and the casing (61) is moved between the pump operation areas. It should be divided into numbers. Secondly, since the length of the rotating shaft (64) must be equal to or greater than the total length of the rotors (62, 63) arranged in series, the rotating shaft (64) becomes long. For example, in the internal two-stage roots type pump 60, when the movement volume ratio between the first stage and the second stage is set to about 1.6 to 1.8, the length of the rotary shaft 64 is the same as that of the rotor of the second stage. Assuming that the length of 63 is 1, a length of about 3, which is longer than 2.6 to 2.8, is required. Therefore, especially when a large-sized (long rotor length) rotor is provided, the rigidity is lowered. Thirdly, since the bearings (66A, 66B) that support the rotating shaft (64) at both ends are provided so as to sandwich a plurality of pump operating regions arranged in series in the axial direction, the bearings (66A, 66B) distance becomes longer. When the differential pressure between the suction pressure and the discharge pressure in each pump operating region increases due to the operating conditions of the pump, this differential pressure causes a large load in the direction perpendicular to the axis to be applied to the rotors (62, 63) in each pump operating region. be. In this case, if the distance between the bearings (66A, 66B) is long, the deflection of the rotating shaft (64) due to the load will increase, and there will be a slight difference between the outer peripheral surface of the rotors (62, 63) and the inner surface of the casing (61). The gap cannot be maintained. As a result, the outer peripheral surfaces of the rotating rotors (62, 63) come into contact with the inner surface of the casing (61), and the pump stops operating. Fourth, when the temperature of the rotating shaft (64) and rotors (62, 63) rises due to the compression heat of the gas, the rotating shaft (64) and rotors (62, 63) thermally expand. At this time, if the distance between the bearings (66A, 66B) is long, due to thermal expansion, the end face positions of the rotors (62, 63) on the bearing (66A) and bearing (66B) side will fluctuate greatly. Therefore, in order to prevent contact between the end surfaces of the rotors (62, 63) and the inner surface of the casing (61) during operation of the pump, the rotors (62, 63) and the casing (61) must be separated from each other in anticipation of large thermal expansion. A wide gap must be set between the inner surface of As a result, sufficient pumping performance of the pump cannot be obtained. Fifth, since the rotary shaft (64) is long, it becomes difficult to process and assemble the rotors (62, 63), casing (61), etc., and the precision of processing and assembly may be lowered. As described above, the rotors (62, 63), casing (61), etc. have low machining accuracy and assembly accuracy. Poor alignment affects the clearance between rotors (62, 63) and between rotors (62, 63) and casing (61). Therefore, the rotors (62, 63), the casing (61), etc. are required to have high machining accuracy and assembly accuracy. Therefore, the clearance between the rotors (62, 63) and the inner surface of the casing (61) needs to be widened with a certain amount of margin depending on the machining accuracy and assembly accuracy. As a result, it is not possible to obtain sufficient pumping performance of the pump in the same manner as described above.

(本発明の好適な実施形態に係る多段ルーツ式ポンプ)
以上述べた配管接続型および直列内装型の多段ルーツ式ポンプにおける問題点を解決するために、本発明の好適な実施形態に係る多段ルーツ式ポンプは、主に、以下の(A)および(B)の特徴を有している。
(A)複数段(複数組)の圧縮要素(ロータ、回転軸等)を回転軸の軸方向に対して並列に配置すること
(B)並列に配置された複数段(複数組)の圧縮要素のうち、少なくとも1つの隣接する圧縮要素間の移動容積比R(下記式(1)を参照)を1より大きくすること
=Qth/Qth ・・・(1)
(Multistage roots pump according to preferred embodiment of the present invention)
In order to solve the problems of the pipe connection type and series internal type multistage roots type pumps described above, the multistage roots type pump according to a preferred embodiment of the present invention mainly includes the following (A) and (B). ).
(A) Arranging multiple stages (multiple sets) of compression elements (rotors, rotating shafts, etc.) in parallel with respect to the axial direction of the rotating shaft (B) Multiple stages (multiple sets) of compression elements arranged in parallel Among them, at least one moving volume ratio R Q (see formula (1) below) between adjacent compression elements should be greater than 1 R Q = Qth L /Qth H (1)

ただし、式(1)において、Qthは、隣接する2つの圧縮要素のうち低圧側の圧縮要素の移動容積であり、Qthは、隣接する2つの圧縮要素のうち高圧側の圧縮要素の移動容積である。 However, in equation (1), Qth L is the movement volume of the compression element on the low pressure side of the two adjacent compression elements, and Qth H is the movement volume of the compression element on the high pressure side of the two adjacent compression elements. Volume.

本発明の多段ルーツ式ポンプは、以上の特徴を有することにより、上述した配管接続型および直列内装型の多段ルーツ式ポンプと比較して、以下のような利点を有する。 The multistage Roots pump of the present invention has the above-described features, and thus has the following advantages compared to the above-described pipe connection type and series internal type multistage Roots pumps.

第1に、1つのケーシング内に複数の圧縮要素を並列に配置することで、配管接続型多段ルーツ式ポンプのように、単段ポンプを複数台直列に配置し、各単段ポンプ間を配管で接続する必要がなくなる。したがって、複数の単段ポンプおよび配管を設置するのに必要であったスペースが、ほぼ単段ポンプ1台分のスペースで済むため、設置面積の減少による省スペース化を実現できる。 First, by arranging multiple compression elements in parallel in one casing, multiple single-stage pumps can be arranged in series like a pipe-connected multi-stage roots pump, and pipes can be connected between each single-stage pump. no need to connect with Therefore, the space required for installing a plurality of single-stage pumps and pipes can be reduced to a space equivalent to approximately one single-stage pump, thereby realizing space saving by reducing the installation area.

第2に、配管接続型多段ルーツ式ポンプでは、ケーシングや各機械要素を包含するカバー等の構成部品の数は、ポンプ2台分必要となる。一方、本発明の多段ルーツ式ポンプでは、1つのケーシング内に複数の圧縮要素が配置されていることから、ケーシングや各機械要素を包含するカバー等の構成部品の数は、ポンプ1台分でよい。その結果、コストも大幅に削減できる。 Secondly, in the pipe-connected multi-stage roots pump, the number of component parts such as a casing and a cover containing each mechanical element is required for two pumps. On the other hand, in the multi-stage roots pump of the present invention, since a plurality of compression elements are arranged in one casing, the number of components such as a casing and a cover containing each mechanical element is reduced for one pump. good. As a result, costs can be significantly reduced.

第3に、配管接続型多段ルーツ式ポンプでは、単段ポンプの台数分だけ軸封機構を設けることが必要になるが、本発明の多段ルーツ式ポンプでは、ケーシングが1つであるため、多段ポンプであってもポンプ1台分の軸封機構を設けるだけでよい。 Thirdly, in the pipe-connected multi-stage roots pump, it is necessary to provide as many shaft sealing mechanisms as there are single-stage pumps. Even if it is a pump, it is enough to provide a shaft sealing mechanism for one pump.

第4に、本発明の多段ルーツ式ポンプでは、複数台の単段ポンプを接続する配管が不要となるため、配管から発生する騒音および振動、ならびにガスが配管を流れる際の圧力損失を低減できる。 Fourth, the multi-stage roots pump of the present invention does not require piping to connect a plurality of single-stage pumps, so noise and vibration generated from the piping and pressure loss when gas flows through the piping can be reduced. .

第5に、本発明の多段ルーツ式ポンプでは、1つのケーシング内に複数の圧縮要素を並列に配置することで、直列内装型多段ルーツ式ポンプのように、隣接する圧縮要素間の仕切り板(例えば、上述した仕切り板68A、68B)を設ける必要がなくなる。したがって、本発明によれば、ロータ等の圧縮要素の配置のみにより、ケーシングの内部を複数(圧縮要素の数)のポンプ作動領域に分割できる。 Fifth, in the multistage Roots pump of the present invention, by arranging a plurality of compression elements in parallel in one casing, partition plates ( For example, there is no need to provide the partition plates 68A and 68B described above. Therefore, according to the present invention, it is possible to divide the interior of the casing into a plurality (the number of compression elements) of the pump operation regions only by arranging the compression elements such as the rotors.

第6に、本発明の多段ルーツ式ポンプでは、複数の圧縮要素が回転軸の軸方向に対して並列に配置されているため、直列内装型多段ルーツ式ポンプのように、回転軸やケーシングが長くなりすぎることがなく、回転軸が短くなる。したがって、回転軸やケーシングの剛性が低下したりすることはないという利点がある。特に、ポンプを大風量化しようとする場合には、この利点があることで有利となる。すなわち、ポンプの風量はロータの長さに比例することから、大風量化のためにはロータを長くする必要がある。この場合、直列内装型多段ルーツ式ポンプでは、複数の圧縮要素が同じ回転軸上に直列に配置されているため、回転軸が非常に長くなり、剛性が低下したり、装置の製作が困難になったりする。したがって、直列内装型多段ルーツ式ポンプでは、大風量化が困難であった。これに対して、本発明の多段ルーツ式ポンプでは、複数の圧縮要素が回転軸の軸方向に対して並列に配置されているため、ロータの長さを長くしても剛性が低下したりすることがないため、大風量化が容易となる。 Sixthly, in the multi-stage Roots pump of the present invention, since a plurality of compression elements are arranged in parallel with respect to the axial direction of the rotary shaft, the rotary shaft and the casing are different from those of the series internal multi-stage Roots pump. The axis of rotation is shortened without being too long. Therefore, there is an advantage that the rigidity of the rotating shaft and casing is not lowered. In particular, this advantage is advantageous when the pump is intended to have a large air volume. That is, since the air volume of the pump is proportional to the length of the rotor, it is necessary to lengthen the rotor in order to increase the air volume. In this case, since multiple compression elements are arranged in series on the same rotating shaft, the rotating shaft becomes very long in the series internal multistage roots type pump, which reduces the rigidity and makes it difficult to manufacture the device. become. Therefore, it was difficult to increase the air volume with the series internal multi-stage Roots pump. On the other hand, in the multi-stage roots pump of the present invention, since a plurality of compression elements are arranged in parallel with respect to the axial direction of the rotary shaft, even if the length of the rotor is increased, the rigidity is lowered. Therefore, it is easy to increase the air volume.

第7に、直列内装型多段ルーツ式ポンプでは、複数の圧縮要素が同軸上に配置されているため、ケーシングとロータに高い加工精度および組立精度が求められ、ポンプ製作の難易度が上がる。例えば、各段のポンプ作動領域間で、ロータとケーシングの寸法を合わせたり、正確に位置合わせをしたりする必要がある。このような加工精度や組立精度が低くなると、ロータ相互間のすき間、およびロータとケーシング間のすき間を、余裕を持って広めに設定しておかなければならない等の影響が出る。これに対して、本発明の多段ルーツ式ポンプでは、複数の圧縮要素が別軸上に並列に配置されるため、各段のポンプ作動領域間で、寸法の精度や位置合わせの精度がそれ程高くなくても、組立上およびポンプの性能上支障がない範囲で収まる。そのため、本発明の多段ルーツ式ポンプには、直列内装型多段ルーツ式ポンプと比較すると、それほど高い加工精度および組立精度は求められない、という利点がある。 Seventhly, since a plurality of compression elements are coaxially arranged in the series internal multistage roots pump, the casing and rotor require high machining and assembly accuracy, which increases the difficulty of manufacturing the pump. For example, the rotor and casing must be sized and precisely aligned between the pumping regions of each stage. If the machining accuracy and the assembly accuracy are lowered, the gap between the rotors and the gap between the rotor and the casing must be widened with a margin. In contrast, in the multi-stage Roots pump of the present invention, a plurality of compression elements are arranged in parallel on different axes, so that the dimensional accuracy and alignment accuracy between the pump operating regions of each stage are relatively high. Even if it is not necessary, it will be within a range that does not hinder the assembly and the performance of the pump. Therefore, the multi-stage roots pump of the present invention has the advantage that it does not require very high machining accuracy and assembly accuracy as compared with the series internal multi-stage roots pump.

<並列内装型多段ルーツ式ポンプ特有の課題とその解決手段の概要>
ここで、本発明者らが、複数段のロータ等の圧縮要素を回転軸の軸方向に対して並列に配置した多段ルーツ式ポンプ(以下、「並列内装型多段ルーツ式ポンプ」と記載する。)についてさらに検討したところ、上述した配管接続型多段ルーツ式ポンプおよび直列内装型多段ルーツ式ポンプと比べ、吐出ガスの温度が著しく上昇することを知見した。これは、前段(低圧側)の圧縮要素で圧縮されて温度が上昇したガスが、放熱されずに後段(高圧側)の圧縮要素に直接吸い込まれ、後段の圧縮要素でさらに圧縮されて温度が上昇するためである。このような温度上昇は、多段ルーツ式ポンプの段数が増えるほどさらに顕著になる。このように、ガスの温度が著しく上昇する場合、この温度上昇によりロータおよびケーシングの熱膨張も大きくなる。そこで、この熱膨張により、ロータとケーシングとの間、または、ロータ相互間で接触することを防止するため、予め後段の圧縮要素におけるロータとケーシングとのすき間およびロータ相互間のすき間を、余裕を持って広めに設定する必要がある。その結果、後段の圧縮要素においてガスの漏れ量、すなわち、高圧側から低圧側に逆流するガスの量が増えるため、体積効率が低下する、という問題があることがわかった。ここで、多段ルーツ式ポンプの「体積効率」とは、多段ルーツ式ポンプの構造から導かれる理論風量に対する実際の風量の比率(実際の風量/理論風量)のことを意味する。
<Problems specific to parallel internal multi-stage roots pumps and overview of solutions>
Here, the present inventors have developed a multi-stage roots type pump in which compression elements such as multiple stages of rotors are arranged in parallel with respect to the axial direction of the rotating shaft (hereinafter referred to as a "parallel internal multi-stage roots type pump"). ), it was found that the temperature of the discharged gas rises significantly compared to the pipe-connected multistage roots pump and the in-line multistage roots pump. This is because the gas that has been compressed by the compression element in the front stage (low pressure side) and the temperature has risen is directly sucked into the compression element in the rear stage (high pressure side) without being dissipated, and is further compressed by the compression element in the rear stage and the temperature rises. to rise. Such a temperature rise becomes more pronounced as the number of stages of the multi-stage roots pump increases. Thus, if the temperature of the gas increases significantly, the increase in temperature will also increase the thermal expansion of the rotor and casing. Therefore, in order to prevent contact between the rotor and the casing or between the rotors due to this thermal expansion, the gap between the rotor and the casing in the latter compression element and the gap between the rotors should be increased in advance. It is necessary to hold it and set it wide. As a result, it was found that the amount of gas leaked from the compression element in the latter stage, that is, the amount of gas that flows back from the high pressure side to the low pressure side increases, so that there is a problem that the volumetric efficiency decreases. Here, the "volumetric efficiency" of the multistage roots pump means the ratio of the actual air volume to the theoretical air volume derived from the structure of the multistage roots pump (actual air volume/theoretical air volume).

また、後段の圧縮要素におけるガスの漏れ量、すなわち、後段の圧縮要素の吐出側(高圧側)から後段の圧縮要素の吸込側(低圧側)への漏れ量が多くなるほど、後段の圧縮要素の吸込圧力が上昇する。後段の圧縮要素の吸込圧力が上昇すると、後段の圧縮要素の吸込圧力(前段の圧縮要素の吐出圧力と等しい)と前段の圧縮要素の吸込圧力との差圧が大きくなる。その結果、前段の圧縮要素の軸動力も増大してしまう、という問題もあることがわかった。 In addition, the more the amount of gas leaked from the compression element in the latter stage, that is, the amount of leakage from the discharge side (high pressure side) of the compression element in the latter stage to the suction side (lower pressure side) of the compression element in the latter stage, the greater the amount of leakage of the compression element in the latter stage. Suction pressure increases. When the suction pressure of the post-stage compression element increases, the differential pressure between the suction pressure of the post-stage compression element (equal to the discharge pressure of the pre-stage compression element) and the suction pressure of the pre-stage compression element increases. As a result, it was found that there is also a problem that the shaft power of the compression element in the front stage also increases.

一方、複数の単段ルーツ式ポンプが配管で接続された配管接続型多段ルーツ式ポンプでは、前段(低圧側)の圧縮要素で圧縮されたガスは、ケーシングの外部に設けられた配管を通って後段(高圧側)の圧縮要素に移送される。また、複数段の圧縮要素を回転軸に沿って直列に配置した直列内装型多段ルーツ式ポンプでは、前段の圧縮要素で圧縮されたガスは、ケーシング内に設けられたガス流路を通って後段の圧縮要素に移送される。このように、配管接続型多段ルーツ式ポンプおよび直列内装型多段ルーツ式ポンプでは、前段の圧縮要素で圧縮されたガスは、後段の圧縮要素に直接吸い込まれずに、一旦配管やガス流路を通過する。そのため、前段の圧縮要素で圧縮されたガスは、配管やガス流路の通過中などに放熱されるため、複数の圧縮要素を軸方向に対して並列に配置した場合のように、ガスの顕著な温度上昇の問題が生じない。 On the other hand, in a pipe-connected multi-stage roots-type pump in which multiple single-stage roots-type pumps are connected by pipes, the gas compressed by the compression element in the previous stage (low-pressure side) passes through the pipes provided outside the casing. It is transferred to the compression element in the latter stage (high pressure side). Also, in a multi-stage Roots-type pump in which multiple stages of compression elements are arranged in series along the rotary shaft, the gas compressed by the compression elements of the previous stage passes through the gas flow path provided in the casing to the subsequent stage. of compression elements. In this way, in the pipe-connected multi-stage Roots pump and the in-line multi-stage Roots pump, the gas compressed by the front-stage compression element is not directly sucked into the rear-stage compression element, but once passes through the piping and gas flow path. do. As a result, the gas compressed by the preceding compression element radiates heat while passing through pipes and gas flow paths. temperature rise problem does not occur.

以上のように、本発明者らは、並列内装型多段ルーツ式ポンプでは、後段の圧縮要素におけるガスの顕著な温度上昇を起因とするガスの漏れ量の増加を抑制する、という新たな課題があることを見出した。この課題は、配管接続型多段ルーツ式ポンプおよび直列内装型多段ルーツ式ポンプなどにおいては生じない、並列内装型多段ルーツ式ポンプ特有の課題である。この課題が解決されれば、ガスの圧縮効率の低下を抑制し、かつ、前段の圧縮要素の軸動力を低下させることも可能となる。 As described above, the inventors of the present invention have found that the parallel internal multistage roots pump has a new problem of suppressing an increase in the amount of gas leakage caused by a significant temperature rise of the gas in the compression element of the latter stage. I found something. This problem is peculiar to parallel internal multistage roots pumps, which does not occur in pipe connection type multistage roots pumps or series internal multistage roots pumps. If this problem is solved, it will be possible to suppress the decrease in gas compression efficiency and reduce the shaft power of the compression element in the preceding stage.

そこで、後述する第1~第5実施形態に係る多段ルーツ式ポンプでは、前段(低圧側)の圧縮要素と後段(高圧側)の圧縮要素との間の中間位置に存在するガスを外部に排出し冷却した後に前段の圧縮要素内に戻す冷却機構を設けることにより、上述した課題を解決している。すなわち、この冷却機構を設けることにより、前段の圧縮要素により圧縮されたガスを一旦冷却した後に後段の圧縮要素に吸い込ませることができるため、後段の圧縮要素におけるガスの顕著な温度上昇を防止できる。したがって、第1~第5実施形態に係る多段ルーツ式ポンプによれば、後段の圧縮要素におけるガスの顕著な温度上昇を起因とするガスの漏れ量の増加を抑制できる。 Therefore, in the multi-stage roots pumps according to the first to fifth embodiments described later, the gas present in the intermediate position between the front-stage (low-pressure side) compression element and the rear-stage (high-pressure side) compression element is discharged to the outside. The above problem is solved by providing a cooling mechanism that returns the heat to the compression element in the preceding stage after cooling. That is, by providing this cooling mechanism, the gas compressed by the compression element of the preceding stage can be cooled once and then sucked into the compression element of the subsequent stage, so that a significant temperature rise of the gas in the compression element of the subsequent stage can be prevented. . Therefore, according to the multi-stage Roots pumps according to the first to fifth embodiments, it is possible to suppress an increase in the amount of gas leakage caused by a significant temperature rise of the gas in the compression element of the latter stage.

また、後述する第6~第9実施形態に係る多段ルーツ式ポンプでは、後段(高圧側)の圧縮要素に含まれるロータのサイズを前段(低圧側)の圧縮要素に含まれるロータのサイズよりも小さくすることにより、上述した課題を解決している。すなわち、後段のロータのサイズを小さくすることにより、後段のロータ自体の熱膨張を抑制できるため、ロータ同士およびロータとケーシング間のすき間を予め狭く設定できる。その結果、後段の圧縮要素におけるガスの漏れ量が低減する。したがって、第6~第9実施形態に係る多段ルーツ式ポンプによれば、後段の圧縮要素におけるガスの顕著な温度上昇を起因とするガスの漏れ量の増加を抑制できる。 Further, in the multi-stage roots pumps according to sixth to ninth embodiments described later, the size of the rotor included in the compression element in the latter stage (high pressure side) is set larger than the size of the rotor included in the compression element in the previous stage (low pressure side). The problem mentioned above is solved by making it small. That is, by reducing the size of the rear-stage rotor, the thermal expansion of the rear-stage rotor itself can be suppressed, so that the clearance between the rotors and between the rotor and the casing can be narrowed in advance. As a result, the amount of gas leaked from the compression element in the latter stage is reduced. Therefore, according to the multi-stage roots pumps according to the sixth to ninth embodiments, it is possible to suppress an increase in the amount of gas leaked due to a significant temperature rise of the gas in the compression element of the latter stage.

さらに、後述する第10および第11実施形態に係る多段ルーツ式ポンプでは、第1~第5実施形態における冷却機構および第6~第9実施形態における後段のロータのサイズの縮小という2つの解決手段を組み合わせることにより、上述した課題の解決をより確実にしている。 Furthermore, in the multi-stage roots-type pumps according to tenth and eleventh embodiments, which will be described later, there are two solutions: the cooling mechanism in the first to fifth embodiments, and the reduction in the size of the subsequent rotor in the sixth to ninth embodiments. By combining the above, the above-mentioned problems can be solved more reliably.

以下、上述した課題を解決する本発明の好適な実施形態として、第1~第11実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの構成、動作および作用効果を述べる。ここで、本明細書において「ポンプ」とは、ブロワ及び真空ポンプを含む概念である。また、ブロワとは、大気圧のガスを吸い込んで大気圧以上の圧力まで圧縮して吐き出す装置であり、真空ポンプとは、大気圧以下の圧力でガスを吸い込んで大気圧まで圧縮して吐き出す装置である。 Hereinafter, as preferred embodiments of the present invention for solving the above-described problems, the configuration, operation and effects of multi-stage roots pumps according to the first to eleventh embodiments will be described. Here, the term "pump" as used herein is a concept including a blower and a vacuum pump. A blower is a device that draws in gas at atmospheric pressure, compresses it to a pressure above the atmospheric pressure, and then discharges it. A vacuum pump is a device that draws in gas at a pressure below the atmospheric pressure, compresses it to atmospheric pressure, and discharges it. is.

[第1実施形態]
図1~図6Cを参照しながら、本発明の第1実施形態に係る多段ルーツ式ポンプについて詳述する。図1は、本実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの一例としての内装2段ルーツ式ポンプ100(以下、「ポンプ100」と省略して記載する。)の全体構成を示す部分断面図である。図2、図3および図4は、それぞれ、図1のII-II線、III-III線およびIV-IV線で切断した断面図である。図5A~図5Eは、本実施形態に係る多段ルーツ式ポンプによるガスの圧縮方法を示す説明図である。図6A~図6Eは、本実施形態に係る多段ルーツ式ポンプによるガスの冷却方法を示す説明図である。
[First embodiment]
A multi-stage roots pump according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6C. FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of an internal two-stage roots-type pump 100 (hereinafter abbreviated as "pump 100") as an example of a multi-stage roots-type pump according to the present embodiment. 2, 3 and 4 are cross-sectional views taken along lines II-II, III-III and IV-IV of FIG. 1, respectively. 5A to 5E are explanatory diagrams showing a method of compressing gas by the multi-stage roots pump according to this embodiment. 6A to 6E are explanatory diagrams showing a gas cooling method using the multistage roots pump according to the present embodiment.

(多段ルーツ式ポンプの構成)
図1~図4に示すように、ポンプ100は、回転圧縮機の一種である2段ルーツ式ポンプであり、ケーシング110と、2段(2組)の圧縮要素と、駆動機構と、冷却機構とを主に備える。
(Configuration of multistage roots pump)
As shown in FIGS. 1 to 4, the pump 100 is a two-stage roots pump, which is a type of rotary compressor, and includes a casing 110, two stages (two sets) of compression elements, a drive mechanism, and a cooling mechanism. and

<ケーシング>
ケーシング110には、ポンプ100により圧縮されるガスの吸込口111および吐出口113が設けられている。本実施形態では、吸込口111は、ケーシング110の鉛直方向上部に、吐出口113は、ケーシング110の鉛直方向下部に設けられている。すなわち、ポンプ100は、下部垂直吐出しの形式である。このような場合のみならず、吸込口111および吐出口113は、吸込口111から導入されたガスが、1段目の圧縮要素および2段目の圧縮要素で圧縮された後に吐出口113から排出されるような位置に設けられていればよい。例えば、吸込口111がケーシング110の鉛直方向の上部、吐出口113がケーシング110の側面に設けられていてもよい(下部水平吐出し方式であってもよい)。また、ポンプ100は立て形のポンプであるが、横形のポンプを用い、当該ポンプにおいて吸込口および吐出口がケーシングの側面に設けられていてもよい。
<Casing>
The casing 110 is provided with a suction port 111 and a discharge port 113 for gas compressed by the pump 100 . In this embodiment, the suction port 111 is provided at the upper portion of the casing 110 in the vertical direction, and the discharge port 113 is provided at the lower portion of the casing 110 in the vertical direction. That is, pump 100 is of the bottom vertical discharge type. Not only in such a case, the gas introduced from the suction port 111 and the discharge port 113 is discharged from the discharge port 113 after being compressed by the first-stage compression element and the second-stage compression element. It is sufficient if it is provided in a position where it is For example, the suction port 111 may be provided on the upper portion of the casing 110 in the vertical direction, and the discharge port 113 may be provided on the side surface of the casing 110 (a lower horizontal discharge method may also be used). Moreover, although the pump 100 is a vertical pump, a horizontal pump may be used, and the suction port and the discharge port may be provided on the side surface of the casing.

また、詳しくは後述するように、ケーシング110は、同じ段の圧縮要素が有する2本の回転軸122、122を含む仮想平面または2本の回転軸132、132を含む仮想平面の法線方向に沿って、2段の圧縮要素が並列配置されるように圧縮要素を収容する。このように、本実施形態では、回転軸122、132の軸方向に対して並列に配置された複数段の圧縮要素が単一のケーシング110に内装されており、各圧縮要素を接続する外部の配管や内部のガス流路などは特に設けられていない。そのため、前段(本実施形態では1段目)の圧縮要素で圧縮されて吐き出されたガスは、後段(本実施形態では2段目)の圧縮要素に直接(そのまま)吸い込まれる。 In addition, as will be described later in detail, the casing 110 is arranged in the normal direction of the virtual plane containing the two rotating shafts 122, 122 of the compression elements of the same stage or the virtual plane containing the two rotating shafts 132, 132. , the compression elements are accommodated so that two stages of compression elements are arranged in parallel. Thus, in this embodiment, multiple stages of compression elements arranged in parallel with respect to the axial direction of the rotating shafts 122 and 132 are housed in the single casing 110, and external No particular piping or internal gas flow path is provided. Therefore, the gas compressed and discharged by the compression element of the front stage (first stage in this embodiment) is directly sucked (as it is) into the compression element of the rear stage (second stage in this embodiment).

ケーシング110の素材は、ケーシング110が十分な強度と剛性を有するようなものであれば特に制限はされないが、例えば、鋳鉄(FC)、ダクタイル鋳鉄(FCD)、機械構造用炭素鋼鋼材(SC)などが使用できる。 The material of the casing 110 is not particularly limited as long as the casing 110 has sufficient strength and rigidity. etc. can be used.

<圧縮要素>
本実施形態の圧縮要素としては、単一のケーシング110内に、吸込口111側に位置する1段目(低圧側)の圧縮要素と、吐出口113側に位置する2段目(高圧側)の圧縮要素の、2段の圧縮要素とが設けられている。2段の圧縮要素間には、上述した直列内装型多段ルーツ式ポンプ(図45を参照)のように、仕切り板等は設けられておらず、複数の圧縮要素が、一体のケーシング110内に単一の段群として設けられている。各段の圧縮要素は、1対のロータと、当該1対のロータを支持する2本の回転軸と、をそれぞれ独立に有する。具体的には、本実施形態では、1段目の圧縮要素は、1対のロータ121、121と、2本の回転軸122、122とを有する。2段目の圧縮要素は、1対のロータ131、131と、2本の回転軸132、132とを有する。
<Compression element>
As the compression element of this embodiment, a first stage (low pressure side) compression element located on the suction port 111 side and a second stage (high pressure side) compression element located on the discharge port 113 side are provided in the single casing 110. A two-stage compression element is provided. Between the two stages of compression elements, no partition plate or the like is provided, unlike the above-described series-internal multistage roots pump (see FIG. 45), and a plurality of compression elements are provided in an integral casing 110. provided as a single stage group. Each stage compression element independently has a pair of rotors and two rotary shafts that support the pair of rotors. Specifically, in this embodiment, the first-stage compression element has a pair of rotors 121 and 121 and two rotating shafts 122 and 122 . The second stage compression element has a pair of rotors 131 and 131 and two rotating shafts 132 and 132 .

図2に示すように、ロータ121は、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部121a、121b、121cを有する形状である。また、各突出部121a、121b、121cの間には、凹部121dが設けられている。同様に、ロータ131も、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部131a、131b、131cを有する形状である。また、各突出部131a、131b、131cの間には、凹部131dが設けられている。 As shown in FIG. 2, the rotor 121 is a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped to have three pieces of projections 121a, 121b, 121c projecting radially from the center of rotation. In addition, recesses 121d are provided between the protrusions 121a, 121b, and 121c. Similarly, the rotor 131 is also a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped with three pieces of projections 131a, 131b, 131c projecting radially from the center of rotation. In addition, recesses 131d are provided between the protrusions 131a, 131b, and 131c.

1対のロータ121、121は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸122、122は、1対のロータ121、121を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸122、122は、2つのベアリング123A、123Bにより支持されている。同様に、1対のロータ131、131は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸132、132は、1対のロータ131、131を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸132、132は、2つのベアリング133A、133Bにより支持されている。さらに、本実施形態では、回転軸122と回転軸132とが、互いに平行となるように配置される。なお、以下、必要に応じて、ロータ131について、ロータ121と重複する説明を省略し、ロータ121の内容を適宜読み替えるものとする。 The pair of rotors 121, 121 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 122, 122 rotatably support a pair of rotors 121, 121 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 122, 122 are supported by two bearings 123A, 123B. Similarly, a pair of rotors 131, 131 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 132, 132 rotatably support a pair of rotors 131, 131 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 132, 132 are supported by two bearings 133A, 133B. Furthermore, in this embodiment, the rotating shaft 122 and the rotating shaft 132 are arranged so as to be parallel to each other. In the following description, the description of the rotor 131 that overlaps with that of the rotor 121 will be omitted as necessary, and the contents of the rotor 121 will be appropriately read.

1対のロータ121、121同士およびロータ121とケーシング110の内面110aとが接触しないように、各々のロータ121、121同士の間および突出部121a、121b、121cの先端(葉端)とケーシング110の内面110aと間には、わずかなすき間ができるように、ロータ121が配置される。このすき間は、必要な圧縮比に応じて、ケーシング110とロータ121の2片の突出部により囲まれた空間の十分な密閉性が保たれるように設定すればよいが、可能な限り小さいことが好ましい。具体的には、上記のすき間は、例えば、3mm以下であることが好ましく、1mm以下であることがより好ましい。以下、この十分な密閉性が保たれたわずかなすき間を有する状態を「シール」された状態と称することとする。各々のロータ121、121は、後述するタイミングギヤ161A、161Bにより回転位相が維持されており、ロータ121の断面形状は、例えば、いわゆるインボリュート曲線となっているため、上記のわずかなすき間、すなわち、シールされた状態を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。したがって、ロータの回転の高速化が図れ、摩耗がないため内部潤滑も不要となる。同様に、ロータ131は、対となるロータ131およびケーシング110の内面110dとの間にわずかなすき間ができるように配置される。また、1対のロータ131、131は、わずかなすき間を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。 Between the rotors 121 and 121 and the tips (leaf ends) of the protrusions 121a, 121b, and 121c and the casing 110 are arranged so that the pair of rotors 121 and 121 and the rotor 121 and the inner surface 110a of the casing 110 do not come into contact with each other. A rotor 121 is arranged with a small gap between the inner surface 110a of the . This gap may be set according to the required compression ratio so that the space surrounded by the two protruding parts of the casing 110 and the rotor 121 is sufficiently sealed, but should be as small as possible. is preferred. Specifically, the above gap is preferably, for example, 3 mm or less, more preferably 1 mm or less. Hereinafter, the state of having a slight gap in which the sufficient airtightness is maintained will be referred to as a "sealed" state. Rotation phases of the rotors 121, 121 are maintained by timing gears 161A, 161B, which will be described later, and the cross-sectional shape of the rotor 121 is, for example, a so-called involute curve. They can rotate in opposite directions without touching each other while remaining sealed. Therefore, the rotation speed of the rotor can be increased, and since there is no wear, internal lubrication is unnecessary. Similarly, the rotor 131 is arranged so that a slight gap is formed between the paired rotor 131 and the inner surface 110 d of the casing 110 . Also, the pair of rotors 131, 131 can rotate in opposite directions while maintaining a small gap without coming into contact with each other.

ここで、1対のロータ121、121の突出部121a、121b、121cのそれぞれが、該ロータ121を支持する回転軸122の中心を回転中心として、回転角度が115度以上の範囲で、ケーシング110aの内面との間でシールされた状態を保つことが好ましい。そのためには、ケーシング110の1段目(低圧側)の内面110aの吸込口111側の端部110bおよびロータ121の回転中心を結ぶ線分と、内面110aの2段目(高圧側)の圧縮要素側の端部110cおよびロータ121の回転中心とを結ぶ線分とのなす角θが、115度以上の範囲となるようにケーシング110の形状を設定すればよい。このことは、1対のロータ131、131についても同様であり、ケーシング110の2段目の内面110dの1段目の圧縮要素側の端部110eおよびロータ131の回転中心を結ぶ線分と、内面110aの吐出口113側の端部110fおよびロータ131の回転中心とを結ぶ線分とのなす角θが、115度以上の範囲となるようにケーシング110の形状を設定することが好ましい。これにより、ロータ121、131により圧縮されたガスが、吸込口111側に逆流することを防止でき、その結果、十分にシールされた状態が保たれる。角θが115度以上の範囲となるように設定されることが好ましい点については、後述する各実施形態でも同様である。 Here, each of the protruding portions 121a, 121b, 121c of the pair of rotors 121, 121 rotates around the center of the rotation shaft 122 that supports the rotor 121, and rotates at a rotation angle of 115 degrees or more. preferably remain sealed to the inner surface of the For this purpose, a line segment connecting the end 110b of the inner surface 110a of the first stage (low pressure side) of the casing 110 on the side of the suction port 111 and the center of rotation of the rotor 121, and the compression of the second stage (high pressure side) of the inner surface 110a. The shape of the casing 110 may be set so that the angle θ between the end 110c on the element side and the line segment connecting the rotation center of the rotor 121 is in the range of 115 degrees or more. The same applies to the pair of rotors 131, 131. A line segment connecting the end 110e of the second stage inner surface 110d of the casing 110 on the side of the first stage compression element and the rotation center of the rotor 131, It is preferable to set the shape of the casing 110 so that the angle θ between the end 110 f of the inner surface 110 a on the discharge port 113 side and the line segment connecting the center of rotation of the rotor 131 is in the range of 115 degrees or more. As a result, the gas compressed by the rotors 121 and 131 can be prevented from flowing back to the suction port 111 side, and as a result, a sufficiently sealed state is maintained. The point that the angle θ is preferably set to be in the range of 115 degrees or more is the same for each embodiment described later.

ポンプ100では、1段目の圧縮要素であるロータ121、回転軸122等と、2段目の圧縮要素であるロータ131、回転軸132等とは、単一のケーシング110内において、同じ段の2本の回転軸122、122(または2本の回転軸132、132)を含む仮想の平面の法線方向に沿って、並列に配置されている。すなわち、1段目のロータ121と2段目のロータ131とは、それぞれ、別の軸に支持されており、かつ、同じ段の2本の回転軸が互いに平行で、かつ、異なる段の2本の回転軸も互いに平行に配置される。換言すると、ガスの吸込口111、1段目のロータ121、2段目のロータ131および吐出口113が、鉛直方向に沿って並んで配置される。したがって、ガスが吸込口111からケーシング110内に導入されると(図2の矢印Gs)、鉛直下方に進み、ロータ121により圧縮された後に、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素の中間に進む(図2の矢印Gm)。ロータ121により圧縮されたガスは、さらに鉛直下方に進み、2段目のロータ131により圧縮された後に、そのまま吐出口113からケーシング110外に排出される(図2の矢印Gd)。 In the pump 100, the rotor 121, the rotary shaft 122, etc., which are the first-stage compression elements, and the rotor 131, the rotary shaft 132, etc., which are the second-stage compression elements are arranged in the same stage in the single casing 110. They are arranged in parallel along the normal direction of an imaginary plane containing the two rotating shafts 122, 122 (or the two rotating shafts 132, 132). That is, the rotor 121 in the first stage and the rotor 131 in the second stage are respectively supported by different shafts, and the two rotating shafts of the same stage are parallel to each other, and the two rotors of the different stages are in parallel. The axes of rotation of the books are also arranged parallel to each other. In other words, the gas suction port 111, the first-stage rotor 121, the second-stage rotor 131, and the gas discharge port 113 are arranged side by side in the vertical direction. Therefore, when gas is introduced into the casing 110 from the suction port 111 (arrow Gs in FIG. 2), it travels vertically downward, is compressed by the rotor 121, and then flows into the first stage compression element and the second stage compression element. (arrow Gm in FIG. 2). The gas compressed by the rotor 121 further travels vertically downward, is compressed by the second-stage rotor 131, and is then directly discharged from the discharge port 113 to the outside of the casing 110 (arrow Gd in FIG. 2).

このように、本実施形態に係るポンプ100によれば、単一のケーシング110内において、1段目のロータ121と2段目のロータ131とが別の軸上に並列に配置されている。そのため、直列内装型多段ルーツ式ポンプと異なり、1段目の圧縮要素(ロータ121)と2段目の圧縮要素(ロータ131)との間に仕切りを設けなくても、ロータ121、131の配置自体で、2段の圧縮要素のポンプ作動領域に分けることができる。また、直列内装型多段ルーツ式ポンプの場合には、2段のロータを有する場合、ロータ2つ分以上の回転軸の長さが必要となるが、ポンプ100では、ロータ121とロータ131とが別軸上に並列に配置されているため、ロータの回転軸の長さは、ロータ1つ分程度の長さで足りる。したがって、回転軸122、132やケーシング110の剛性の低下を抑制できる。特に、ポンプ100を大風量化するためにロータ121、131の長さを長くしたとしても剛性が低下したりすることがないため、大風量化が容易となる。さらに、1段目と2段目のポンプ作動領域間で、寸法の精度や位置合わせの精度がそれ程高くなくても、組立上およびポンプ100の性能上支障がない範囲で収まるため、それほど高い加工精度および組立精度は求められない。 Thus, according to the pump 100 according to the present embodiment, the first stage rotor 121 and the second stage rotor 131 are arranged in parallel on different shafts within the single casing 110 . Therefore, unlike the in-line multi-stage roots pump, the arrangement of the rotors 121 and 131 can be achieved without providing a partition between the first-stage compression element (rotor 121) and the second-stage compression element (rotor 131). As such, it can be divided into two stages of compression element pumping regions. In addition, in the case of an in-line multi-stage roots pump, if it has two stages of rotors, the length of the rotating shaft is required to be equal to or longer than two rotors. Since the rotors are arranged in parallel on different shafts, the length of the rotation shaft of the rotor is sufficient for about one rotor. Therefore, it is possible to suppress a decrease in rigidity of the rotating shafts 122 and 132 and the casing 110 . In particular, even if the length of the rotors 121 and 131 is lengthened in order to increase the air volume of the pump 100, the rigidity does not decrease, so the increase in air volume is facilitated. Furthermore, even if the dimensional accuracy and the alignment accuracy between the first stage and the second stage pump operation areas are not so high, they are within a range that does not hinder the performance of the pump 100 in terms of assembly and performance. Accuracy and assembly accuracy are not required.

また、後述するように、1段目のロータ121の長さL1と、2段目のロータ131の長さL2とが同じ長さ(L1=L2)にできる。したがって、本実施形態のポンプ100によれば、1段目のロータ121と2段目のロータ131に同じロータ(形状および大きさが同じロータ)を使用できるので、部品の種類が減らせるとともに、同じロータを使用できることから組立が容易になるというメリットがある。その結果、生産効率の向上やコストの削減につながる。 Further, as will be described later, the length L1 of the rotor 121 of the first stage and the length L2 of the rotor 131 of the second stage can be the same length (L1=L2). Therefore, according to the pump 100 of the present embodiment, the same rotors (rotors having the same shape and size) can be used for the first-stage rotor 121 and the second-stage rotor 131, so the number of types of parts can be reduced. Since the same rotor can be used, there is an advantage that assembly is easy. As a result, it leads to improvement of production efficiency and reduction of cost.

なお、ロータ121、131の素材としては、高精度の加工が容易なものが好適であり、例えば、鋳鉄(FC)、ダクタイル鋳鉄(FCD)などが使用できる。 As the material for the rotors 121 and 131, a material that can be easily processed with high precision is suitable. For example, cast iron (FC), ductile cast iron (FCD), etc. can be used.

<移動容積比>
本実施形態のポンプ100では、別の回転軸上に並列に配置された1段目の圧縮要素(ロータ121)と2段目の圧縮要素(ロータ131)との間において、下記式(1)で表される移動容積比Rが1より大きい。
=Qth/Qth ・・・(1)
<Transfer volume ratio>
In the pump 100 of this embodiment, between the first-stage compression element (rotor 121) and the second-stage compression element (rotor 131) arranged in parallel on separate rotating shafts, the following formula (1) is greater than 1;
RQ = QthL / QthH (1)

ただし、式(1)において、Qthは、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素のうち低圧側の圧縮要素(本実施形態では1段目の圧縮要素)の移動容積であり、Qthは、高圧側の圧縮要素(本実施形態では2段目の圧縮要素)の移動容積である。 However, in formula (1), Qth L is the displacement volume of the low-pressure side compression element (first-stage compression element in this embodiment) of the first-stage compression element and the second-stage compression element, Qth H is the displacement volume of the high pressure side compression element (the second stage compression element in this embodiment).

ここで、再び図1および図2を参照しながら、移動容積比Rの詳細を述べる。まず、本実施形態における移動容積(Displacement)Qthとは、いわゆる押しのけ量のことであり、回転数Nに比例した、ケーシング110とロータ121またはロータ131とで囲まれた空間の時間当たりの理論容積である。なお、JIS B0132:2005によれば、押しのけ量とは、圧縮要素(本実施形態では、ロータ121、131)によって押しのけられる単位時間当たりの容積のことである。また、圧縮要素(本実施形態では、ロータ121、131)によって押しのけられる1回転当たりの容積を、押しのけ容積Vthともいう。すなわち、移動容積Qth(m/min)は、以下の式(2)で表される。
Qth=Vth(m/rev)×N(min-1
=A(m/rev)×L(m)×N(min-1) ・・・(2)
Here, the details of the displacement volume ratio RQ will be described with reference to FIGS. 1 and 2 again. First, the displacement Qth in the present embodiment is a so-called displacement amount, which is proportional to the rotational speed N and is the theoretical volume per time of the space surrounded by the casing 110 and the rotor 121 or rotor 131. is. According to JIS B0132:2005, the amount of displacement is the volume per unit time displaced by the compression elements (rotors 121 and 131 in this embodiment). Further, the volume per rotation displaced by the compression elements (rotors 121 and 131 in this embodiment) is also referred to as displacement volume Vth. That is, the movement volume Qth (m 3 /min) is represented by the following formula (2).
Qth=Vth(m 3 /rev)×N(min −1 )
=A (m 2 /rev) x L (m) x N (min -1 ) (2)

ただし、式(2)において、Aは、1回転当たりの移動面積であり、Lは、ロータの長さである。移動面積Aは、押しのけ容積Vtの回転軸122、132に垂直な断面における断面積である。 However, in equation (2), A is the area of movement per revolution, and L is the length of the rotor. The area of movement A is the cross-sectional area of the displacement volume Vt in the cross-section perpendicular to the axis of rotation 122, 132. FIG.

本実施形態のポンプ100における移動容積比Rは、以下のようにして計算される。まず、1段目のロータ121を例に挙げると、左右1対のロータ121、121が1回転する毎に、それぞれ、ガスの吸い込みと吐き出しが6回(左側のロータ121と右側のロータ121とで、それぞれ3回ずつ)繰り返される。2段目のロータ131についても同様である。ここで、図2に示すように、ロータ121の2片の突出部(例えば、突出部121aと突出部121b)とケーシング110の内面110aとで囲まれる空間の回転軸122に垂直な断面の断面積をS1とすると、1段目(低圧側)の圧縮要素の移動面積A1は、A1=6×S1となる。同様に、ロータ131の2片の突出部(例えば、突出部131bと突出部131c)とケーシング110の内面110dとで囲まれる空間の回転軸132に垂直な断面の断面積をS2とすると、2段目(高圧側)の圧縮要素の移動面積A2は、A2=6×S2となる。以上より、1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2は、下記式(3)で表される。 The displacement volume ratio RQ in the pump 100 of this embodiment is calculated as follows. First, taking the first stage rotor 121 as an example, each time the pair of left and right rotors 121, 121 makes one rotation, gas is sucked and discharged six times (the left rotor 121 and the right rotor 121 respectively. and 3 times each) is repeated. The same applies to the second stage rotor 131 . Here, as shown in FIG. 2, a section of a cross section perpendicular to the rotating shaft 122 of the space surrounded by the two protrusions (for example, the protrusion 121a and the protrusion 121b) of the rotor 121 and the inner surface 110a of the casing 110 is taken. Assuming that the area is S1, the moving area A1 of the first stage (low pressure side) compression element is A1=6×S1. Similarly, if S2 is the cross-sectional area of the cross section of the space surrounded by the two protruding portions of the rotor 131 (for example, the protruding portion 131b and the protruding portion 131c) and the inner surface 110d of the casing 110 perpendicular to the rotating shaft 132, then 2 The moving area A2 of the compression element on the stage (high pressure side) is A2=6×S2. From the above, the movement volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage is expressed by the following formula (3).

Figure 0007179315000001
Figure 0007179315000001

ただし、式(3)において、Qth1は1段目の圧縮要素の移動容積、Qth2は2段目の圧縮要素の移動容積、N1は1段目のロータ121の回転数、N2は2段目のロータ131の回転数を表す。ここで、ロータ121とロータ131の直径および形状は同一である。したがって、1段目の移動面積A1と2段目の移動面積A2は等しい。また、図1に示すように、ロータ121の長さL1とロータ131の長さL2は等しい。よって、上記式(3)は、以下の式(3-1)のように書き替えられる。 However, in equation (3), Qth1 is the movement volume of the first stage compression element, Qth2 is the movement volume of the second stage compression element, N1 is the rotation speed of the first stage rotor 121, N2 is the second stage It represents the rotation speed of the rotor 131 . Here, rotors 121 and 131 have the same diameter and shape. Therefore, the moving area A1 of the first stage is equal to the moving area A2 of the second stage. Also, as shown in FIG. 1, the length L1 of the rotor 121 and the length L2 of the rotor 131 are equal. Therefore, the above formula (3) can be rewritten as the following formula (3-1).

Figure 0007179315000002
Figure 0007179315000002

したがって、本実施形態では、1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2を1より大きくするためには、1段目のロータ121の回転数N1を2段目のロータ131の回転数N2よりも高くすればよい(N1>N2)。このように、本実施形態では、1段目の圧縮要素の回転数N1と2段目の圧縮要素の回転数N2の回転数比(N1/N2)により、1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2が決定される。これにより、1段目のロータ121の長さL1と2段目のロータ131の長さL2とを同一にできるので、1段目のロータ121と2段目のロータ131とをポンプ100の部品として共通化できる。その結果、部品の種類が減らせるので、生産効率の向上やコストの削減につながる。また、通常は、50Hz対応のモータと60Hz対応のモータとでは、異なる性能を有するポンプを用いることが必要となるが、本実施形態のポンプ100によれば、駆動ギヤ165および駆動ギヤ166の減速比を変えることで、50Hz対応のモータと60Hz対応のモータの両方に共通して用いることができる。さらに、駆動ギヤ165および駆動ギヤ166の減速比を変え、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素の回転数比を調整することで、移動容積比RQ1-2が変わるので、ポンプ100の風量が容易に調整できる。 Therefore, in this embodiment, in order to make the moving volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage greater than 1, the rotational speed N1 of the first stage rotor 121 is set to should be higher than the rotational speed N2 of (N1>N2). Thus, in the present embodiment, the rotational speed ratio (N1/N2) between the rotational speed N1 of the first stage compression element and the rotational speed N2 of the second stage compression element allows the is determined . As a result, the length L1 of the rotor 121 in the first stage and the length L2 of the rotor 131 in the second stage can be made the same, so that the rotor 121 in the first stage and the rotor 131 in the second stage can be used as parts of the pump 100. can be standardized as As a result, the number of types of parts can be reduced, leading to improved production efficiency and reduced costs. Also, normally, it is necessary to use pumps having different performances for a 50 Hz motor and a 60 Hz motor. By changing the ratio, it can be used in common for both a 50 Hz motor and a 60 Hz motor. Furthermore, by changing the speed reduction ratio of drive gear 165 and drive gear 166 and adjusting the rotational speed ratio between the first-stage compression element and the second-stage compression element, the movement volume ratio R Q1-2 is changed. The air volume of 100 can be easily adjusted.

一方、配管接続型2段ルーツ式ポンプにおいて移動容積比を1以上にしたい場合には、ロータ長さが異なる2つの単段のポンプを直列に配置することになる。そのため、装置が非常に大型化してしまう。また、直列内装型2段ルーツ式ポンプにおいて移動容積比を1以上にしたい場合には、回転数比を変えることができないので、長さが異なる2組のロータを同軸上に直列に配置することになる。そのため、ロータの回転軸が非常に長くなってしまう。本実施形態のポンプ100によれば、これらの問題点も解決できる。 On the other hand, in a pipe-connected two-stage roots-type pump, if the moving volume ratio is to be 1 or more, two single-stage pumps with different rotor lengths are arranged in series. As a result, the device becomes very large. In addition, if it is desired to increase the moving volume ratio to 1 or more in a two-stage roots type pump of in-line internal type, it is necessary to arrange two sets of rotors of different lengths coaxially in series, since the rotational speed ratio cannot be changed. become. Therefore, the rotating shaft of the rotor becomes very long. According to the pump 100 of this embodiment, these problems can also be solved.

一般に、単段ルーツ式ポンプでは、その軸動力は、吸込口と吐出口における圧力差とその移動容積で決まる。詳細には、単段ルーツ式ポンプの理論軸動力Lth(s)は、以下の式(4-1)に示すように、単段ルーツ式ポンプの移動容積Qthsと、吐出圧力Psと吸込圧力Pdの差ΔP(ΔP=Pd-Ps)との積となる。したがって、単段ルーツ式ポンプでは、吐出圧力と吸込圧力の差(ΔP)を一定とすると、移動容積(Qths)に比例した軸動力が必要となる。
Lth(s)=Qths×ΔP ・・・(4-1)
In general, in a single-stage roots pump, its shaft power is determined by the pressure difference between the suction port and the discharge port and its displacement volume. Specifically, the theoretical shaft power Lth(s) of a single-stage Roots pump is calculated by the moving volume Qths of the single-stage Roots pump, the discharge pressure Ps, and the suction pressure Pd, as shown in the following equation (4-1). ΔP (ΔP=Pd−Ps). Therefore, if the difference (ΔP) between the discharge pressure and the suction pressure is constant, the single-stage roots pump requires shaft power proportional to the displacement (Qths).
Lth(s)=Qths×ΔP (4-1)

一方、多段ルーツ式ポンプの軸動力Lth(m)は、以下の式(4-2)に示すように、多段ルーツ式ポンプの段数iをn段とすると、各段における吐出圧力と吸込圧力の差ΔPiと移動容積Qthiとの積の総和となる。 On the other hand, as shown in the following equation (4-2), the shaft power Lth (m) of the multi-stage roots pump is calculated as follows: Assuming that the number of stages i of the multi-stage roots pump is n, the difference between the discharge pressure and the suction pressure at each stage is: It is the sum of the products of the difference ΔPi and the movement volume Qthi.

Figure 0007179315000003
Figure 0007179315000003

例えば、2段ルーツ式ポンプの理論駆動力Lth(2)は、以下の式(4-3)で表される。ただし、Lth1およびLth2は、それぞれ、式(4-4)および式(4-5)で表される。
Lth(2)=Lth1+Lth2 ・・・(4-3)
Lth1=Qth1×ΔP1 ・・・(4-4)
Lth2=Qth2×ΔP2 ・・・(4-5)
For example, the theoretical driving force Lth(2) of a two-stage roots pump is expressed by the following equation (4-3). However, Lth1 and Lth2 are represented by equations (4-4) and (4-5), respectively.
Lth(2)=Lth1+Lth2 (4-3)
Lth1=Qth1×ΔP1 (4-4)
Lth2=Qth2×ΔP2 (4-5)

ただし、式(4-3)、(4-4)および(4-5)において、Lth1は1段目のポンプの理論動力、Lth2は2段目のポンプの理論動力、Qth1は1段目のポンプの移動容積、Qth2は2段目のポンプの移動容積、ΔP1は2段目の吸込圧力Ps2(2段目の吸込圧力Ps2は、1段目の吐出圧力と等しい。)と1段目の吸込圧力Ps1との差(ΔP1=Ps2-Ps1)、ΔP2は吐出圧力Pdと2段目の吸込圧力Ps2との差(ΔP2=Pd-Ps2)である。 However, in equations (4-3), (4-4) and (4-5), Lth1 is the theoretical power of the first stage pump, Lth2 is the theoretical power of the second stage pump, and Qth1 is the first stage The movement volume of the pump, Qth2 is the movement volume of the second stage pump, ΔP1 is the second stage suction pressure Ps2 (the second stage suction pressure Ps2 is equal to the first stage discharge pressure) and the first stage The difference from the suction pressure Ps1 (ΔP1=Ps2−Ps1), and ΔP2 is the difference between the discharge pressure Pd and the second stage suction pressure Ps2 (ΔP2=Pd−Ps2).

ここで、2段ルーツ式ポンプの排気性能を単段ルーツ式ポンプの排気性能と同じ性能にする場合、単段ルーツ式ポンプの吸込圧力Psと2段ルーツ式ポンプの1段目の吸込圧力Ps1とは等しいことから、Pd-Ps=(Pd-Ps2)+(Ps2-Ps1)となり、以下の式(4-6)の関係が成り立つ。すなわち、吐出圧力Pdと吸込圧力Psとの差ΔPが、ΔP1とΔP2の合計となる。したがって、2段ルーツ式ポンプでは、単段ルーツ式ポンプの昇圧分(ΔP)を、1段目のポンプの昇圧分(ΔP1)と2段目のポンプの昇圧分(ΔP2)とで分担して昇圧できる。
ΔP=ΔP1+ΔP2 ・・・(4-6)
Here, when the exhaust performance of the two-stage roots pump is the same as that of the single stage roots pump, the suction pressure Ps of the single stage roots pump and the first stage suction pressure Ps1 of the two stage roots pump is equal to , Pd-Ps=(Pd-Ps2)+(Ps2-Ps1), and the following equation (4-6) holds. That is, the difference ΔP between the discharge pressure Pd and the suction pressure Ps is the sum of ΔP1 and ΔP2. Therefore, in the two-stage roots type pump, the pressure increase (ΔP) of the single stage roots type pump is divided between the pressure increase (ΔP1) of the first stage pump and the pressure increase (ΔP2) of the second stage pump. It can be boosted.
ΔP=ΔP1+ΔP2 (4-6)

また、2段ルーツ式ポンプの排気性能を単段ルーツ式ポンプの排気性能と同じ性能にする場合、以下の式(4-7)の関係を満たす。
Qths=Qth1 ・・・(4-7)
Further, when the pumping performance of the two-stage roots pump is the same as that of the single-stage roots pump, the relationship of the following equation (4-7) is satisfied.
Qths=Qth1 (4-7)

このとき、1段目と2段目の移動容積比RQ1-2(=Qth1/Qth2)が1より大きいと、すなわち、2段目の移動容積Qth2が1段目の移動容積Qth1よりも小さいと、上述の通り、軸動力は移動容積に比例するため、小さくなった移動容積分に比例して軸動力を低減できる。具体的には、移動容積比RQ1-2が1より大きい2段ルーツ式ポンプは、1段目の移動容積Qth1と2段目の移動容積Qth2の差ΔQth1-2(=Qth1-Qth2)とΔP2との積(ΔQth1-2×ΔP2)の分だけ、同じ排気性能の単段ルーツ式ポンプよりも軸動力を低減できる。 At this time, if the movement volume ratio R Q1-2 (=Qth1/Qth2) between the first stage and the second stage is greater than 1, that is, the movement volume Qth2 of the second stage is smaller than the movement volume Qth1 of the first stage. Then, as described above, since the shaft power is proportional to the movement volume, the shaft power can be reduced in proportion to the reduced movement volume. Specifically, in a two-stage roots-type pump in which the moving volume ratio R Q1-2 is greater than 1, the difference ΔQth 1-2 (=Qth1-Qth2) between the moving volume Qth1 of the first stage and the moving volume Qth2 of the second stage is and ΔP2 (ΔQth 1−2 ×ΔP2), the shaft power can be reduced compared to a single-stage roots pump with the same exhaust performance.

同様に、例えば、3段ルーツ式ポンプの理論駆動力Lth(3)は、以下の式(4-8)で表される。ただし、Lth1、Lth2およびLth3は、それぞれ、式(4-9)、式(4-10)および式(4-11)で表される。
Lth(3)=Lth1+Lth2+Lth3 ・・・(4-8)
Lth1=Qth1×ΔP1 ・・・(4-9)
Lth2=Qth2×ΔP2 ・・・(4-10)
Lth3=Qth3×ΔP3 ・・・(4-11)
Similarly, for example, the theoretical driving force Lth(3) of a three-stage roots pump is represented by the following equation (4-8). However, Lth1, Lth2 and Lth3 are represented by equations (4-9), (4-10) and (4-11), respectively.
Lth(3)=Lth1+Lth2+Lth3 (4-8)
Lth1=Qth1×ΔP1 (4-9)
Lth2=Qth2×ΔP2 (4-10)
Lth3=Qth3×ΔP3 (4-11)

ただし、式(4-8)、(4-9)、(4-10)および(4-11)において、Lth1は1段目のポンプの理論動力、Lth2は2段目のポンプの理論動力、Lth3は3段目のポンプの理論動力、Qth1は1段目のポンプの移動容積、Qth2は2段目のポンプの移動容積、Qth3は3段目のポンプの移動容積、ΔP1は2段目の吸込圧力Ps2(2段目の吸込圧力Ps2は、1段目の吐出圧力と等しい。)と1段目の吸込圧力Ps1との差(ΔP1=Ps2-Ps1)、ΔP2は3段目の吸込圧力Ps3(3段目の吸込圧力Ps3は、2段目の吐出圧力と等しい。)と2段目の吸込圧力Ps2との差(ΔP2=Ps3-Ps2)、ΔP3は吐出圧力Pdと3段目の吸込圧力Ps3との差(ΔP3=Pd-Ps3)である。 However, in formulas (4-8), (4-9), (4-10) and (4-11), Lth1 is the theoretical power of the first-stage pump, Lth2 is the theoretical power of the second-stage pump, Lth3 is the theoretical power of the third-stage pump, Qth1 is the displacement of the first-stage pump, Qth2 is the displacement of the second-stage pump, Qth3 is the displacement of the third-stage pump, and ΔP1 is the second-stage pump. The difference between the suction pressure Ps2 (the suction pressure Ps2 of the second stage is equal to the discharge pressure of the first stage) and the suction pressure Ps1 of the first stage (ΔP1=Ps2−Ps1), and ΔP2 is the suction pressure of the third stage. The difference between Ps3 (the suction pressure Ps3 of the third stage is equal to the discharge pressure of the second stage) and the suction pressure Ps2 of the second stage (ΔP2=Ps3−Ps2), ΔP3 is the discharge pressure Pd and the third stage It is the difference (ΔP3=Pd−Ps3) from the suction pressure Ps3.

ここで、3段ルーツ式ポンプの排気性能を単段ルーツ式ポンプの排気性能と同じ性能にする場合、単段ルーツ式ポンプの吸込圧力Psと2段ルーツ式ポンプの1段目の吸込圧力Ps1とは等しいことから、2段ルーツ式ポンプの場合と同様に、以下の式(4-12)の関係が成り立つ。すなわち、吐出圧力Pdと吸込圧力Psとの差ΔPが、ΔP1とΔP2とΔP3の合計となる。したがって、3段ルーツ式ポンプでは、単段ルーツ式ポンプの昇圧分(ΔP)を、1段目のポンプの昇圧分(ΔP1)と2段目のポンプの昇圧分(ΔP2)と3段目のポンプの昇圧分(ΔP3)とで分担して昇圧できる。
ΔP=ΔP1+ΔP2+ΔP3 ・・・(4-12)
Here, when the pumping performance of the three-stage roots type pump is the same as that of the single-stage roots type pump, the suction pressure Ps of the single-stage roots type pump and the suction pressure Ps1 of the first stage of the two-stage roots type pump are is equal to , the relationship of the following equation (4-12) holds as in the case of the two-stage roots pump. That is, the difference ΔP between the discharge pressure Pd and the suction pressure Ps is the sum of ΔP1, ΔP2, and ΔP3. Therefore, in the three-stage roots pump, the pressure increase (ΔP) of the single-stage roots pump is divided into the pressure increase of the first stage pump (ΔP1), the pressure increase of the second stage pump (ΔP2), and the pressure increase of the third stage pump (ΔP2). The pressure can be increased by sharing with the pressure increase of the pump (.DELTA.P3).
ΔP=ΔP1+ΔP2+ΔP3 (4-12)

また、3段ルーツ式ポンプの排気性能を単段ルーツ式ポンプの排気性能と同じ性能にする場合、2段ルーツ式ポンプの場合と同様に、以下の式(4-7)の関係を満たす。
Qths=Qth1 ・・・(4-7)
Further, when the pumping performance of the three-stage roots pump is the same as the pumping performance of the single stage roots pump, the relationship of the following equation (4-7) is satisfied as in the case of the two-stage roots pump.
Qths=Qth1 (4-7)

このとき、1段目と2段目の移動容積比RQ1-2(=Qth1/Qth2)が1より大きく、かつ、2段目と3段目の移動容積比RQ2-3(=Qth2/Qth3)が1より大きいと、すなわち、2段目の移動容積Qth2が1段目の移動容積Qth1よりも小さく、かつ、3段目の移動容積Qth3が2段目の移動容積Qth2よりも小さいと、上述の通り、軸動力は移動容積に比例するため、小さくなった移動容積分に比例して軸動力を低減できる。具体的には、移動容積比RQ1-2が1より大きく、かつ、移動容積比RQ2-3が1より大きい3段ルーツ式ポンプは、1段目の移動容積Qth1と2段目の移動容積Qth2の差ΔQth1-2(=Qth1-Qth2)とΔP2との積(ΔQth1-2×ΔP2)に加え、2段目の移動容積Qth2と3段目の移動容積Qth3の差ΔQth2-3(=Qth2-Qth3)とΔP3との積(ΔQth2-3×ΔP3)の分だけ、同じ排気性能の単段ルーツ式ポンプよりも軸動力を低減できる。 At this time, the moving volume ratio R Q1-2 (=Qth1/Qth2) between the first stage and the second stage is greater than 1, and the moving volume ratio R Q2-3 (=Qth2/ Qth3) is greater than 1, that is, if the second-stage movement volume Qth2 is smaller than the first-stage movement volume Qth1 and the third-stage movement volume Qth3 is smaller than the second-stage movement volume Qth2 , As described above, since the shaft power is proportional to the movement volume, the shaft power can be reduced in proportion to the reduced movement volume. Specifically, a three-stage roots-type pump in which the moving volume ratio R Q1-2 is greater than 1 and the moving volume ratio R Q2-3 is greater than 1 has a moving volume Qth1 in the first stage and a moving volume Qth1 in the second stage. In addition to the product of the difference ΔQth 1-2 (=Qth1-Qth2) of the volume Qth2 and ΔP2 (ΔQth 1-2 ×ΔP2), the difference ΔQth 2− between the second stage movement volume Qth2 and the third stage movement volume Qth3 3 (= Qth2 -Qth3) and .DELTA.P3 (.DELTA.Qth.sub.2-3.times..DELTA.P3) can reduce shaft power compared to a single-stage roots pump with the same exhaust performance.

以上のように、移動容積比Rが1より大きいと、ポンプ100の駆動軸167の軸動力を低減できる。 As described above, when the displacement volume ratio RQ is greater than 1, the shaft power of the drive shaft 167 of the pump 100 can be reduced.

<駆動機構>
図1、図3および図4に示すように、本実施形態の駆動機構は、1対の第1タイミングギヤ161(161A、161B)と、1対の第2タイミングギヤ162(162A、162B)と、第1駆動ギヤ165と、第2駆動ギヤ166と、モータ入力軸である単一の駆動軸167と、を備える。
<Drive Mechanism>
As shown in FIGS. 1, 3 and 4, the drive mechanism of this embodiment includes a pair of first timing gears 161 (161A, 161B), a pair of second timing gears 162 (162A, 162B), and , a first drive gear 165, a second drive gear 166 and a single drive shaft 167 which is the motor input shaft.

1対の第1タイミングギヤ161A、161Bは、1段目の2本の回転軸122の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ121、121の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。1対の第2タイミングギヤ162A、162Bは、2段目の2本の回転軸132の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ131、131の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。 A pair of first timing gears 161A and 161B are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 122 of the first stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 121 and 121 match each other. , have the same number of teeth. A pair of second timing gears 162A and 162B are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 132 of the second stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 131 and 131 match each other. , have the same number of teeth.

ここで、1対のロータ121、121(または1対のロータ131、131)の回転位相がずれると、1対のロータ121、121(または1対のロータ131、131)同士が接触してしまうおそれがある。そのため、第1タイミングギヤ161および第2タイミングギヤ162の素材としては、例えば、クロムモリブデン鋼などのような強度および硬度に優れる材料を使用することが好ましい。また、クロムモリブデン鋼を使用して所望のタイミングギヤの形状に加工した後に、浸炭焼入れと研磨仕上げを施して、第1タイミングギヤ161および第2タイミングギヤ162の耐久性を向上させることがより好ましい。 Here, if the rotational phases of the pair of rotors 121, 121 (or the pair of rotors 131, 131) deviate, the pair of rotors 121, 121 (or the pair of rotors 131, 131) come into contact with each other. There is a risk. Therefore, as the material of the first timing gear 161 and the second timing gear 162, it is preferable to use a material having excellent strength and hardness, such as chromium molybdenum steel. Further, it is more preferable to improve the durability of the first timing gear 161 and the second timing gear 162 by carburizing, quenching and polishing after processing the chromium molybdenum steel into the desired shape of the timing gear. .

また、第1駆動ギヤ165は、1対の第1タイミングギヤ161のうちの一方の第1タイミングギヤ161Aと噛み合うように設けられており、第2駆動ギヤ166は、1対の第2タイミングギヤ162のうちの一方の第2タイミングギヤ162Aと噛み合うように設けられている。さらに、駆動軸167は、第1駆動ギヤ165と第2駆動ギヤ166とを回転可能に支持する。すなわち、第1駆動ギヤ165と第2駆動ギヤ166とは、同一の駆動軸に回転可能に支持される。この駆動軸167は、後述するサイドカバー180に設けられたベアリング168Aと、ベアリング・ギヤ室173に設けられたベアリング168Bとにより支持されている。また、駆動軸167のベアリング168B側の軸端は、モータ(図示せず。)に接続されている。 The first drive gear 165 is provided so as to mesh with one of the pair of first timing gears 161, the first timing gear 161A, and the second drive gear 166 is engaged with the pair of second timing gears. 162 is provided so as to mesh with one of the second timing gears 162A. Furthermore, the drive shaft 167 rotatably supports the first drive gear 165 and the second drive gear 166 . That is, the first drive gear 165 and the second drive gear 166 are rotatably supported by the same drive shaft. The drive shaft 167 is supported by a bearing 168A provided in a side cover 180 and a bearing 168B provided in a bearing/gear chamber 173, which will be described later. A shaft end of the drive shaft 167 on the side of the bearing 168B is connected to a motor (not shown).

上述したように、本実施形態では、ロータ121の長さL1とロータ131の長さL2とが同じである。したがって、上述した移動容積比を1より大きくする(R>1とする)ためには、1段目のロータ121の回転数を2段目のロータ131の回転数より高くする必要がある。言い換えると、1段目のロータ121の回転速度を2段目のロータ131の回転速度より速くする必要がある。そこで、ポンプ100では、1段目のロータ121の回転数が2段目のロータ131の回転数より高くなるように、第1駆動ギヤ165および第2駆動ギヤ166の歯数が設定される。例えば、駆動軸167の回転速度から回転軸122、132の回転速度を減速させる場合には、第1駆動ギヤ165の減速比が第2駆動ギヤ166の減速比よりも小さくなるように、第1駆動ギヤ165および第2駆動ギヤ166の歯数を設定すればよい。ここでの「減速比」とは、互いに噛み合う駆動ギヤとタイミングギヤとの歯数の比率(=タイミングギヤの歯数/駆動ギヤの歯数)のことである。この場合、第1タイミングギヤ161と第2タイミングギヤ162の歯数が同じであるとすると、第1駆動ギヤ165の歯数を第2駆動ギヤ166の歯数よりも多くすればよい。各駆動ギヤ165、166の減速比をどの程度とするかは、所望の移動容積比Rが得られるように適宜決定すればよい。一方、駆動軸167の回転速度から回転軸122、132の回転速度を増速させる場合や同等の場合であっても、1段目のロータ121の回転数が、2段目のロータ131の回転数よりも高くなるように、第1駆動ギヤ165および第2駆動ギヤ166の歯数が設定されれば差し支えない。 As described above, in this embodiment, the length L1 of the rotor 121 and the length L2 of the rotor 131 are the same. Therefore, in order to make the movement volume ratio larger than 1 (R Q >1), the rotation speed of the rotor 121 in the first stage must be higher than the rotation speed of the rotor 131 in the second stage. In other words, the rotation speed of the rotor 121 in the first stage needs to be faster than the rotation speed of the rotor 131 in the second stage. Therefore, in pump 100, the number of teeth of first drive gear 165 and second drive gear 166 is set such that the number of rotations of rotor 121 in the first stage is higher than the number of rotations of rotor 131 in the second stage. For example, when the rotation speed of the rotation shafts 122 and 132 is reduced from the rotation speed of the drive shaft 167, the first drive gear 165 is set so that the reduction ratio is smaller than the reduction ratio of the second drive gear 166. The number of teeth of the drive gear 165 and the second drive gear 166 should be set. The term "reduction ratio" as used herein refers to the ratio of the number of teeth of the drive gear and the timing gear that mesh with each other (=the number of teeth of the timing gear/the number of teeth of the drive gear). In this case, if the number of teeth of the first timing gear 161 and the number of teeth of the second timing gear 162 are the same, the number of teeth of the first drive gear 165 should be larger than that of the second drive gear 166 . The speed reduction ratio of each drive gear 165, 166 may be appropriately determined so as to obtain the desired movement volume ratio RQ . On the other hand, even if the rotation speed of the rotation shafts 122 and 132 is increased from the rotation speed of the drive shaft 167 or in the same case, the rotation speed of the rotor 121 in the first stage is equal to the rotation speed of the rotor 131 in the second stage. There is no problem if the number of teeth of the first drive gear 165 and the second drive gear 166 is set so as to be higher than the number.

<冷却機構>
ポンプ100には、図2に示すように、冷却機構として、冷却器1と、中間吐出口115と、中間逆流冷却ガス導入口116(以下、単に「冷却ガス導入口116」と記載する。)とが設けられている。冷却器1は、本実施形態の冷却部の一例であり、ケーシング110の外部に設けられる。中間吐出口115は、ケーシング110の側面に少なくとも1つ設けられる。冷却ガス導入口116は、本実施形態の第1冷却ガス導入口の一例であり、ケーシング110の側面に、少なくとも1つ設けられる。
<Cooling mechanism>
As shown in FIG. 2, the pump 100 includes, as a cooling mechanism, a cooler 1, an intermediate discharge port 115, and an intermediate backflow cooling gas inlet 116 (hereinafter simply referred to as "cooling gas inlet 116"). and are provided. The cooler 1 is an example of the cooling section of this embodiment, and is provided outside the casing 110 . At least one intermediate outlet 115 is provided on the side surface of the casing 110 . The cooling gas introduction port 116 is an example of the first cooling gas introduction port of the present embodiment, and at least one cooling gas introduction port is provided on the side surface of the casing 110 .

冷却器1は、中間吐出口115および冷却ガス導入口116と接続され、中間吐出口115から排出されたガスを冷却する。冷却器1としては、特に制限されないが、例えば、プレート式、シェル・チューブ式(多管式)、フィンチューブ式、スパイラル式、空冷式などの各種熱交換器を用いることができる。また、本発明の冷却部としては、冷却器1を設けずに、中間吐出口115と冷却ガス導入口116とを接続する配管(図示せず。)をケーシング110の外部に設けてもよい。この場合、中間吐出口115から排出されたガスは、上記配管を通過する際に放熱することで冷却される。冷却効率を重視する場合には、上記のような熱交換器を設け、ポンプ100全体のエネルギー効率を重視する場合には、上記の配管のみを設けるとよい。 Cooler 1 is connected to intermediate outlet 115 and cooling gas inlet 116 and cools the gas discharged from intermediate outlet 115 . Although the cooler 1 is not particularly limited, for example, various heat exchangers such as a plate type, a shell and tube type (multi-tube type), a fin tube type, a spiral type, and an air-cooled type can be used. Further, as the cooling unit of the present invention, a pipe (not shown) connecting the intermediate discharge port 115 and the cooling gas inlet 116 may be provided outside the casing 110 without providing the cooler 1 . In this case, the gas discharged from the intermediate outlet 115 is cooled by radiating heat when passing through the pipe. When emphasizing the cooling efficiency, the heat exchanger as described above is provided, and when emphasizing the energy efficiency of the pump 100 as a whole, only the above piping is preferably provided.

中間吐出口115は、隣接して配置された低圧側(本実施形態では1段目)の圧縮要素と高圧側(本実施形態では2段目)の圧縮要素との間に存在するガスを、図2の矢印Geに示すように、ケーシング110の外部に吐出するための吐出口である。この中間吐出口115は、隣接する圧縮要素間、すなわち、1段目(低圧側)の圧縮要素と2段目(高圧側)の圧縮要素との間の中間位置に設けられる。図2に示した例では、中間吐出口115をケーシング110の左側面に1箇所のみ設けた例が示されているが、中間吐出口115の数は特に制限されず、2箇所以上設けてもよい。例えば、図2に示した断面において、ケーシング110の左側面だけでなく、右側面にもう1箇所設けられてもよい。また、図2に示した断面の手前側からみて、ケーシング110の前側面(正面側の面)または後側面(背面側の面)のうち、1段目(低圧側)の圧縮要素と2段目(高圧側)の圧縮要素との間の中間位置に、中間吐出口115が設けられてもよい。 The intermediate discharge port 115 discharges the gas existing between the low-pressure side (first stage in this embodiment) compression element and the high-pressure side (second stage in this embodiment) compression element that are adjacent to each other. As indicated by an arrow Ge in FIG. The intermediate discharge port 115 is provided at an intermediate position between adjacent compression elements, that is, between the first stage (low pressure side) compression element and the second stage (high pressure side) compression element. The example shown in FIG. 2 shows an example in which only one intermediate outlet 115 is provided on the left side surface of the casing 110, but the number of intermediate outlets 115 is not particularly limited, and two or more outlets may be provided. good. For example, in the cross section shown in FIG. 2 , one more point may be provided not only on the left side of casing 110 but also on the right side. Also, when viewed from the front side of the cross section shown in FIG. An intermediate outlet 115 may be provided at an intermediate position between the eye (high pressure side) and the compression element.

冷却ガス導入口116(116A、116B)は、冷却器1により冷却されたガスを、中間吐出口115よりも低圧側の圧縮要素(本実施形態では、中間吐出口115から排出されるガスの圧力よりも低い圧力のガスが存在する1段目の圧縮要素)内に導入するための吸込口である。この冷却ガス導入口116は、1段目のロータ121により吸い込まれた(掻き込まれた)移動容積Qth1部分に、冷却器1により冷却されたガスが混ざり合うことが可能な位置に設けられる。 The cooling gas inlet 116 (116A, 116B) feeds the gas cooled by the cooler 1 to a compression element on the lower pressure side than the intermediate outlet 115 (in this embodiment, the pressure of the gas discharged from the intermediate outlet 115 is It is a suction port for introducing into the first stage compression element) where gas with a pressure lower than is present. The cooling gas inlet 116 is provided at a position where the gas cooled by the cooler 1 can be mixed with the moving volume Qth1 portion sucked (scraped) by the rotor 121 of the first stage.

ここで、中間吐出口115が設けられた1段目の圧縮要素の吐出側と2段目の圧縮要素の吸込側の中間位置の圧力(中間圧力Pm)は、1段目の圧縮要素(ロータ121)からの吐出圧力と等しく、また、この圧力は、2段目の圧縮要素(ロータ131)への吸込圧力とも等しい。中間圧力Pmは、ロータ121とケーシング110とで囲まれた空間の圧力Pr以上(Pm≧Pr)であるため、中間吐出口115から排出されたガスは、冷却器1を通過して、循環される。その結果、1段目の圧縮要素から吐き出されるガスの温度が低下するため、1段目(低圧側)の圧縮要素で圧縮されて温度が上昇したガスが、放熱されずに2段目(高圧側)の圧縮要素に直接吸い込まれることを防止できる。その結果、2段目の圧縮要素で圧縮されたガスの著しい温度上昇も抑制できる。 Here, the pressure (intermediate pressure Pm) at an intermediate position between the discharge side of the first stage compression element provided with the intermediate discharge port 115 and the suction side of the second stage compression element is the pressure of the first stage compression element (rotor 121) and this pressure is also equal to the suction pressure to the second stage compression element (rotor 131). Since the intermediate pressure Pm is equal to or higher than the pressure Pr of the space surrounded by the rotor 121 and the casing 110 (Pm≧Pr), the gas discharged from the intermediate discharge port 115 passes through the cooler 1 and is circulated. be. As a result, the temperature of the gas discharged from the first-stage compression element decreases, so the gas that has been compressed by the first-stage (low-pressure side) compression element and rises in temperature does not dissipate heat, and the second-stage (high-pressure side) can be prevented from being directly sucked into the compression element. As a result, it is possible to suppress a significant temperature rise of the gas compressed by the second-stage compression element.

なお、図2には、冷却ガス導入口116がケーシング110の左右両側面に1箇所ずつ(合計2箇所)設けられた例が示されているが、冷却ガス導入口116の数は特に制限されず、少なくとも1つの冷却ガス導入口116が設けられていれば、上記のガスの著しい温度上昇の抑制効果は得られる。2段目の圧縮要素に吸い込まれるガスの冷却効果を高めるためには、冷却ガス導入口116の数が多い方が好ましい。特に、ケーシング110内を均一に冷却するためには、図2に示すように、冷却ガス導入口116がケーシング110の左右両側面から、冷却器1により冷却されたガスを導入することが好ましい。 Note that FIG. 2 shows an example in which the cooling gas introduction ports 116 are provided on each of the left and right sides of the casing 110 (two locations in total), but the number of the cooling gas introduction ports 116 is not particularly limited. However, as long as at least one cooling gas inlet 116 is provided, the effect of suppressing a significant temperature rise of the gas can be obtained. In order to enhance the cooling effect of the gas sucked into the second-stage compression element, it is preferable that the number of cooling gas introduction ports 116 is large. In particular, in order to uniformly cool the inside of casing 110, as shown in FIG.

また、ポンプ100には、冷却器1と接続された逆止弁3が設けられている。この逆止弁3は、中間圧力Pmが大気圧以下の場合には、大気圧からの差圧により閉止され、中間圧力Pmが大気圧以上の場合には開放される。中間吐出口115から排出されたガスは、逆止弁3が開放された状態においては、1段目の圧縮要素より圧力の低い大気に排気され、逆止弁3が閉止された状態においては、冷却ガス導入口116から1段目の圧縮要素内に導入される。 The pump 100 is also provided with a check valve 3 connected to the cooler 1 . The check valve 3 is closed by the differential pressure from the atmospheric pressure when the intermediate pressure Pm is below the atmospheric pressure, and is opened when the intermediate pressure Pm is above the atmospheric pressure. When the check valve 3 is open, the gas discharged from the intermediate discharge port 115 is discharged to the atmosphere having a pressure lower than that of the first-stage compression element, and when the check valve 3 is closed, It is introduced into the first-stage compression element from the cooling gas inlet 116 .

上述した構成を有する本実施形態の冷却機構を設けることにより、1段目の圧縮要素から吐出されるガスの温度が低下することから、2段目のロータおよびケーシングの熱膨張も小さくなる。したがって、2段目の圧縮要素におけるロータとケーシングとのすき間およびロータ相互間のすき間を狭く設定できる。その結果、2段目の圧縮要素においてガスの漏れ量、すなわち、高圧側から低圧側に逆流するガスの量が少なくなるため、体積効率が向上する。 By providing the cooling mechanism of this embodiment having the above-described configuration, the temperature of the gas discharged from the first-stage compression element is lowered, so the thermal expansion of the second-stage rotor and casing is also reduced. Therefore, the gap between the rotor and the casing and the gap between the rotors in the second stage compression element can be narrowed. As a result, the amount of gas leaked from the second-stage compression element, that is, the amount of gas flowing back from the high pressure side to the low pressure side is reduced, thereby improving the volumetric efficiency.

また、2段目の圧縮要素におけるガスの漏れ量、すなわち、2段目の圧縮要素の吐出側(高圧側)から2段目の圧縮要素の吸込側(低圧側)への漏れ量が少なくなるほど、2段目の圧縮要素の吸込圧力が低下する。2段目の圧縮要素の吸込圧力が低下すると、2段目の圧縮要素の吸込圧力(1段目の圧縮要素の吐出圧力と等しい)と1段目の圧縮要素の吸込圧力との差圧が小さくなる。その結果、1段目の圧縮要素の軸動力を小さくすることができる。 Also, the amount of gas leaked from the second stage compression element, that is, the leakage amount from the discharge side (high pressure side) of the second stage compression element to the suction side (low pressure side) of the second stage compression element decreases. , the suction pressure of the second stage compression element decreases. When the suction pressure of the second-stage compression element decreases, the pressure difference between the suction pressure of the second-stage compression element (equal to the discharge pressure of the first-stage compression element) and the suction pressure of the first-stage compression element increases. become smaller. As a result, the shaft power of the first stage compression element can be reduced.

<第2冷却ガス導入口>
本実施形態のポンプ100では、ケーシング110が、最後段(本実施形態では2段目)の圧縮要素にガスが吸い込まれる吸込位置(上記の中間位置)と吐出口113との間に、ケーシング110の内部に冷却ガスCを導入する逆流冷却ガス導入口117(以下、単に「冷却ガス導入口117」と記載する。)をさらに有する。この冷却ガス導入口117は、本実施形態に係る第2冷却ガス導入口の一例である。より詳細には、冷却ガス導入口117は、2段目のロータ131により吸い込まれた(掻き込まれた)移動容積Qth2部分に、ケーシング110内に導入された冷却ガスCが混ざり合うことが可能な位置に設けられる。
<Second cooling gas inlet>
In the pump 100 of the present embodiment, the casing 110 is positioned between the suction position (above intermediate position) where gas is sucked into the final stage (second stage in this embodiment) compression element and the discharge port 113. It further has a backflow cooling gas inlet 117 (hereinafter simply referred to as "cooling gas inlet 117") for introducing the cooling gas C into the interior of the . This cooling gas inlet 117 is an example of a second cooling gas inlet according to the present embodiment. More specifically, the cooling gas introduction port 117 allows the cooling gas C introduced into the casing 110 to mix with the movement volume Qth2 portion sucked (scraped) by the second stage rotor 131. position.

また、冷却ガスCとしては、2段目のロータ131により掻き込まれた移動容積部分のガスの温度以下であり、かつ、ポンプ100の吐出圧力Pdと同等の圧力のガスが用いられる。本実施形態では、大気中の空気、または、ポンプ100のケーシング110から吐き出された吐出ガスを配管等の通過に伴い放熱させることにより冷却して、もしくは、ケーシング110から吐き出された吐出ガスを冷却器等により冷却して、ケーシング110内に導入する冷却ガスCとして利用する。この冷却方法は、ケーシング110から吐出されたガスを冷却後に再びケーシング110内に戻す(逆流させる)ことから「逆流冷却方式」と呼ばれている。 Further, as the cooling gas C, a gas whose temperature is lower than the temperature of the gas in the moving volume portion drawn by the second stage rotor 131 and whose pressure is equivalent to the discharge pressure Pd of the pump 100 is used. In this embodiment, the air in the atmosphere or the discharge gas discharged from the casing 110 of the pump 100 is cooled by radiating heat as it passes through a pipe or the like, or the discharge gas discharged from the casing 110 is cooled. It is used as a cooling gas C to be introduced into the casing 110 after being cooled by a vessel or the like. This cooling method is called a "backflow cooling method" because the gas discharged from the casing 110 is returned (backflowed) into the casing 110 after cooling.

一般に、圧力比(吐出圧力/吸込圧力)が大きいほど、吸い込まれたガスがより圧縮されるため、吐出ガスの温度が高くなる。このような場合に、冷却ガス導入口117を設け、逆流冷却方式により冷却ガスCをケーシング110内に導入することで、吐出ガスの温度を低下させることができる。そのため、吸込ガスの温度が高温の場合、一般には,前置冷却器等により吸込ガスを冷却する必要があるが、本実施形態の逆流冷却方式を利用すると、ポンプ100は、高温の吸込ガスを冷却することなく吸引できる。ポンプの操作条件等により多少異なるが、例えば、吸込ガス温度が120℃程度であっても、冷却することなくケーシング110内に吸い込むことができる。 In general, the higher the pressure ratio (discharge pressure/suction pressure), the more the sucked gas is compressed, and the higher the temperature of the discharged gas. In such a case, the temperature of the discharged gas can be lowered by providing the cooling gas introduction port 117 and introducing the cooling gas C into the casing 110 by the backflow cooling method. Therefore, when the temperature of the suction gas is high, it is generally necessary to cool the suction gas with a precooler or the like. Can be sucked without cooling. For example, even if the temperature of the intake gas is about 120° C., the intake gas can be sucked into the casing 110 without being cooled, although it varies somewhat depending on the operating conditions of the pump and the like.

また、真空ポンプおよびブロワの使用可能な圧力範囲は、吐出ガスの温度により決定されることがある。本実施形態の逆流冷却方式を用いると、吐出ガスの温度を低く抑えることができるため、使用可能な圧力範囲を大幅に拡大できる。 Also, the usable pressure range of vacuum pumps and blowers may be determined by the temperature of the discharge gas. By using the backflow cooling method of the present embodiment, the temperature of the discharged gas can be kept low, so the usable pressure range can be greatly expanded.

さらに、逆流冷却方式を利用すると、吸込ガスの温度が常温の場合には、潤滑油冷却用の冷却水は必要ない。また、真空ポンプの冷却に封水を使用することがあるが、用途や吸込ガスによっては封水を使用することができない。その場合には、逆流冷却方式を利用すると、封水を使用することなくポンプ100の作動が可能となる。 Furthermore, when the backflow cooling method is used, cooling water for cooling the lubricating oil is not required when the temperature of the intake gas is normal temperature. Sealing water is sometimes used to cool the vacuum pump, but it cannot be used depending on the application and suction gas. In that case, the use of a backflow cooling system allows operation of the pump 100 without the use of sealing water.

加えて、真空ポンプに逆流冷却方式を採用する場合には、冷却ガスCとして大気中の空気を利用できるため、大気中の空気を取り入れ可能な冷却ガス導入口117を設けるだけで、吐出ガスの温度を十分に低下させることができる。そのため、ポンプ100の構造が複雑化しない。また、それ以外の場合であっても、真空ポンプやブロワの吐出ガスをポンプ100の外部に設置した冷却器(図示せず。)等で冷却することにより、冷却ガスCとして使用できる。 In addition, when the backflow cooling method is adopted for the vacuum pump, since air in the atmosphere can be used as the cooling gas C, the discharge gas can be reduced simply by providing the cooling gas introduction port 117 capable of taking in the air in the atmosphere. The temperature can be sufficiently lowered. Therefore, the structure of the pump 100 is not complicated. Even in other cases, the gas discharged from the vacuum pump or blower can be used as the cooling gas C by cooling it with a cooler (not shown) or the like installed outside the pump 100 .

なお、図2には、ケーシング110の左右両側面に冷却ガス導入口117が設けられている例が示されているが、冷却ガス導入口117が、ケーシング110の左右いずれか一方の側面のみに設けられていてもよい。ただし、吐出ガス温度を均一に低下させる効果を十分に得るためには、ケーシング110の左右両側面に冷却ガス導入口117が設けられていることが好ましい。 FIG. 2 shows an example in which the cooling gas inlets 117 are provided on both left and right sides of the casing 110 , but the cooling gas inlets 117 are provided only on either the left or right side of the casing 110 . may be provided. However, in order to sufficiently obtain the effect of uniformly lowering the temperature of the discharge gas, it is preferable that the cooling gas introduction ports 117 are provided on both left and right sides of the casing 110 .

<その他の構成>
その他、本実施形態のポンプ100は、ケーシング110とベアリング・ギヤ室173との間、および、ケーシング110とベアリング室174との間に、中間室として、サイドカバー180を有している。図1に示すように、サイドカバー180には、シール機構Sb、Scが設けられているため、第1タイミングギヤ161、第2タイミングギヤ162、第1駆動ギヤ165、第2駆動ギヤ166、ベアリング123A、123B、133A、133Bの潤滑油がケーシング110内へ漏れ込むことがなく、また、ケーシング110内に吸い込まれたガスに含まれるドレンなどで潤滑油が劣化することを防止できる。なお、第1タイミングギヤ161、第2タイミングギヤ162、第1駆動ギヤ165、第2駆動ギヤ166、ベアリング123A、123B、133A、133Bの潤滑方法としては、例えば、ハネカケ潤滑を使用できるが、特に制限されるものではない。
<Other configurations>
In addition, the pump 100 of this embodiment has side covers 180 as intermediate chambers between the casing 110 and the bearing/gear chamber 173 and between the casing 110 and the bearing chamber 174 . As shown in FIG. 1, since the side cover 180 is provided with the sealing mechanisms Sb and Sc, the first timing gear 161, the second timing gear 162, the first driving gear 165, the second driving gear 166, and the bearings Lubricating oil of 123A, 123B, 133A, and 133B does not leak into casing 110, and deterioration of lubricating oil due to drain contained in gas sucked into casing 110 can be prevented. As a method for lubricating the first timing gear 161, the second timing gear 162, the first drive gear 165, the second drive gear 166, the bearings 123A, 123B, 133A, and 133B, for example, splash lubrication can be used. It is not limited.

また、上述したサイドカバー180に設けられたシール機構の他に、図1に示すように、駆動軸167がベアリング・ギヤ室173を貫通する箇所に、軸封機構Saが設けられている。本実施形態のポンプ100では、単一のケーシング110内に2段の圧縮要素が単一の段群として設けられているため、配管接続型多段ルーツ式ポンプと異なり、駆動軸167の軸封機構の設置箇所が1箇所で済む。なお、シール機構Sb、Scおよび軸封機構Saのシール方法としては、特に制限されず、ポンプ100により圧縮するガスの種類に応じて適宜選択すればよい。具体的には、シール機構Sb、Scおよび軸封機構Saとして、オイルシール、ラビリンスシール、メカニカルシール(シングルメカニカルシール、ダブルメカニカルシール)などを単独で、または組み合わせて用いることができる。 In addition to the seal mechanism provided in the side cover 180 described above, as shown in FIG. In the pump 100 of the present embodiment, two stages of compression elements are provided as a single stage group within the single casing 110. Therefore, unlike the pipe-connected multistage roots type pump, the shaft sealing mechanism of the drive shaft 167 is can be installed in one place. The sealing method for the sealing mechanisms Sb and Sc and the shaft sealing mechanism Sa is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the type of gas to be compressed by the pump 100 . Specifically, as the seal mechanisms Sb and Sc and the shaft seal mechanism Sa, oil seals, labyrinth seals, mechanical seals (single mechanical seal, double mechanical seal), etc. can be used alone or in combination.

(多段ルーツ式ポンプの動作)
続いて、図1~図6Eを参照しながら、上述した構成を有するポンプ100の駆動方法、ならびにポンプ100によるガスの圧縮方法およびガスの冷却方法を述べる。
(Operation of multistage roots pump)
Next, referring to FIGS. 1 to 6E, a method of driving the pump 100 having the above-described configuration, and a method of compressing gas and cooling the gas by the pump 100 will be described.

<ポンプの駆動方法>
図1~図4に示すように、図示しないモータにより駆動軸167が回転すると、駆動軸167に支持された第1駆動ギヤ165および第2駆動ギヤ166が同じ方向に回転駆動する。次いで、1対の第1タイミングギヤ161A、161Bのうち、第1駆動ギヤ165と噛み合う一方の第1タイミングギヤ161Aが、第1駆動ギヤ165とは反対方向に回転する。このときの第1タイミングギヤ161Aの回転数は、第1駆動ギヤ165の回転数から、第1駆動ギヤ165の歯数と第1タイミングギヤ161Aの歯数との比から算出される減速比(第1タイミングギヤ161Aの歯数/第1駆動ギヤ165の歯数)で減速された回転数となる。また、第1タイミングギヤ161Aと噛み合う他方の第1タイミングギヤ161Bは、第1タイミングギヤ161Aの歯数と同じ歯数であるため、第1タイミングギヤ161Aと反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ121、121は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ121、121の回転により、吸込口111付近のガスが、吸込口111からケーシング110内に吸い込まれた(図2の矢印Gs)後に、ロータ121により圧縮されて中間位置に吐き出される(図2の矢印Gm)。
<Pump driving method>
As shown in FIGS. 1 to 4, when drive shaft 167 is rotated by a motor (not shown), first drive gear 165 and second drive gear 166 supported by drive shaft 167 are driven to rotate in the same direction. Next, of the pair of first timing gears 161A and 161B, one of the first timing gears 161A meshing with the first driving gear 165 rotates in the opposite direction to the first driving gear 165. As shown in FIG. The rotation speed of the first timing gear 161A at this time is a reduction ratio ( The rotational speed is reduced by the number of teeth of the first timing gear 161A/the number of teeth of the first drive gear 165). Also, the other first timing gear 161B meshing with the first timing gear 161A has the same number of teeth as the first timing gear 161A, so it rotates in the opposite direction to the first timing gear 161A at the same number of revolutions. As a result, the pair of rotors 121, 121 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 121, 121, the gas near the suction port 111 is sucked into the casing 110 through the suction port 111 (arrow Gs in FIG. 2), then compressed by the rotor 121 and discharged to the intermediate position. (arrow Gm in FIG. 2).

同様に、1対の第2タイミングギヤ162A、162Bのうち、第2駆動ギヤ166と噛み合う一方の第2タイミングギヤ162Aが、第2駆動ギヤ166とは反対方向に回転する。このときの第2タイミングギヤ162Aの回転数は、第2駆動ギヤ166の回転数から、第2駆動ギヤ166の歯数と第2タイミングギヤ162Aの歯数との比から算出される減速比(第2タイミングギヤ162Aの歯数/第2駆動ギヤ166の歯数)で減速された回転数となる。また、第2タイミングギヤ162Aと噛み合う他方の第2タイミングギヤ162Bは、第2タイミングギヤ162Aの歯数と同じ歯数であるため、第2タイミングギヤ162Aと互いに反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ131、131は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ131、131の回転により、1段目のロータ121により圧縮されて中間位置に吐き出されたガスが、中間位置から2段目のロータ131に掻き込まれた(図2の矢印Gm)後に、ロータ131により圧縮されて吐出口113から外部に排出される(図2の矢印Gd)。 Similarly, of the pair of second timing gears 162A and 162B, one of the second timing gears 162A meshing with the second drive gear 166 rotates in the opposite direction to the second drive gear 166. As shown in FIG. The rotation speed of the second timing gear 162A at this time is a reduction ratio ( The rotation speed is reduced by the number of teeth of the second timing gear 162A/the number of teeth of the second drive gear 166). Also, the other second timing gear 162B meshing with the second timing gear 162A has the same number of teeth as the second timing gear 162A, so it rotates in the opposite direction at the same number of rotations as the second timing gear 162A. . As a result, the pair of rotors 131, 131 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 131, 131, the gas compressed by the rotor 121 of the first stage and discharged to the intermediate position is swept into the rotor 131 of the second stage from the intermediate position (see arrow in FIG. 2). Gm), it is then compressed by the rotor 131 and discharged to the outside from the discharge port 113 (arrow Gd in FIG. 2).

また、上述したように、本実施形態では、1段目と2段目の間の中間位置に存在するガスが、中間吐出口115からケーシング110の外部に排出され、冷却器1で冷却された後に、ケーシング110の左右両側面に設けられた2箇所の冷却ガス導入口116A、116Bから1段目の圧縮要素内(ロータ121とケーシング110とで囲まれた空間内)に導入される。このとき、中間位置の圧力(中間圧力)Pmは、ロータ121とケーシング110とで囲まれた空間の圧力以上であることから、中間吐出口115から排出されたガスは、冷却器1を通って、循環する。より詳細には、図2の矢印Geに示すように、中間吐出口115から排出されたガスは、冷却器1により冷却され、冷却ガス導入口116から1段目の圧縮要素内、具体的には、1段目のロータ121とケーシング110とで囲まれた領域内(移動容積Qth1部分)に導入された後、再び中間位置に吐出される。そのため、中間位置のガスを排出するブロワ等の装置を別途設けなくても、中間位置のガスは中間吐出口115から常時排出され、冷却器1により冷却されたガスが1段目の圧縮要素内に常時導入される。その結果、1段目の圧縮要素から吐き出されるガスの温度が低下するため、1段目(低圧側)の圧縮要素で圧縮されて温度が上昇したガスが、放熱されずに2段目(高圧側)の圧縮要素に直接吸い込まれることを防止でき、2段目の圧縮要素で圧縮されたガスの著しい温度上昇も抑制できる。 Further, as described above, in the present embodiment, the gas present in the intermediate position between the first stage and the second stage is discharged from the intermediate discharge port 115 to the outside of the casing 110 and cooled by the cooler 1. Later, it is introduced into the first-stage compression element (inside the space surrounded by rotor 121 and casing 110) through two cooling gas introduction ports 116A and 116B provided on both left and right sides of casing 110. FIG. At this time, the pressure at the intermediate position (intermediate pressure) Pm is higher than the pressure in the space surrounded by the rotor 121 and the casing 110, so the gas discharged from the intermediate discharge port 115 passes through the cooler 1 , circulating. More specifically, as indicated by arrow Ge in FIG. is introduced into the region surrounded by the first stage rotor 121 and the casing 110 (moving volume Qth1 portion), and then discharged to the intermediate position again. Therefore, even if a device such as a blower for discharging the gas at the intermediate position is not separately provided, the gas at the intermediate position is always discharged from the intermediate discharge port 115, and the gas cooled by the cooler 1 flows into the first stage compression element. always introduced in As a result, the temperature of the gas discharged from the first-stage compression element decreases, so the gas that has been compressed by the first-stage (low-pressure side) compression element and rises in temperature does not dissipate heat, and the second-stage (high-pressure side) can be prevented from being directly sucked into the compression element of the second stage, and a significant temperature rise of the gas compressed by the second-stage compression element can be suppressed.

さらに、中間圧力Pmが大気圧以上の場合には、逆止弁3が開放され、中間圧力Pmと大気圧との圧力差により、中間位置に存在するガスは、中間吐出口115から、より圧力の低い大気に排出され(図2の矢印Geおよび矢印Gd)、中間圧力Pmが大気圧以下まで下がる。したがって、2段目の圧縮要素(ロータ131)への吸込圧力が小さくなるため、1段目の圧縮要素(ロータ121)への吸込圧力と2段目の圧縮要素(ロータ131)への吸込圧力との差圧ΔP1を小さくすることができる。その結果、ポンプ100を作動するモータの動力を低減できる。特に、ポンプ100が吸込口111に向けてガスを引き始めた段階では、中間圧力Pmが大気圧以上になりやすいため、ガスの引き始めの段階において、特に、モータの動力低減効果が高い。 Furthermore, when the intermediate pressure Pm is equal to or higher than the atmospheric pressure, the check valve 3 is opened, and the pressure difference between the intermediate pressure Pm and the atmospheric pressure causes the gas existing at the intermediate position to be pushed out from the intermediate discharge port 115 to a higher pressure. (arrow Ge and arrow Gd in FIG. 2), and the intermediate pressure Pm drops below atmospheric pressure. Therefore, since the suction pressure to the second-stage compression element (rotor 131) becomes smaller, the suction pressure to the first-stage compression element (rotor 121) and the suction pressure to the second-stage compression element (rotor 131) can be reduced. As a result, the power of the motor that operates the pump 100 can be reduced. In particular, when the pump 100 starts to draw gas toward the suction port 111, the intermediate pressure Pm tends to be higher than the atmospheric pressure.

本実施形態では、第1タイミングギヤ161Aとの間の第1駆動ギヤ165の減速比が、第2タイミングギヤ162Aとの間の第2駆動ギヤ166の減速比よりも小さくなっている。したがって、ロータ121の回転数N1がロータ131の回転数N2よりも高くなる。また、ロータ121の長さL1とロータ131の長さL2が等しく、ロータ121とロータ131の形状が同じであることから、上述したように、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素との間の移動容積比Rは、1より大きくなる。 In this embodiment, the reduction ratio of the first drive gear 165 with respect to the first timing gear 161A is smaller than the reduction ratio of the second drive gear 166 with respect to the second timing gear 162A. Therefore, the rotation speed N1 of the rotor 121 becomes higher than the rotation speed N2 of the rotor 131. Further, the length L1 of the rotor 121 and the length L2 of the rotor 131 are equal, and the rotors 121 and 131 have the same shape. is greater than one.

<ガスの圧縮方法>
次に、図5A~図5Eを参照しながら、ポンプ100によるガスの圧縮方法を述べる。なお、図5A~図5Eにおいて、粗いドットハッチングは、圧力の低い部分(低圧部)を示し、細かいドットハッチングは、圧力の高い部分(高圧部)を示している。また、ガスの圧縮方法については、ポンプ100の2段の圧縮要素のうち、1段目(低圧側)の圧縮要素を例に挙げて説明する。
<Gas compression method>
Next, a method of compressing gas by the pump 100 will be described with reference to FIGS. 5A to 5E. In FIGS. 5A to 5E, coarse dot hatching indicates low pressure portions (low pressure portions), and fine dot hatching indicates high pressure portions (high pressure portions). Further, the method of compressing gas will be described by taking the first-stage (low-pressure side) compression element of the two-stage compression elements of the pump 100 as an example.

上述したように、ケーシング110の内部で、1対のロータ121および1対のロータ131が、ケーシング110の内面110aとの間、ロータ121相互間およびロータ131相互間に僅かなすき間を保って互いに反対方向に回転する。このとき、1つのロータ121(例えば、図示した例では、左側のロータ121)の突出部121aの先端(以下、「葉端121a」と記載する。)が吸込口111を通過する際、ケーシング110との間で捕捉した一定量の低圧ガスを吸込口111側から吐出口113側までに移送し、高圧側へ押し込む形で吐出する。 As described above, inside the casing 110, the pair of rotors 121 and the pair of rotors 131 are separated from each other with a slight gap between the inner surface 110a of the casing 110, between the rotors 121 and between the rotors 131. Rotate in the opposite direction. At this time, when one rotor 121 (for example, the rotor 121 on the left side in the illustrated example) has a tip of a protruding portion 121a (hereinafter referred to as a “leaf tip 121a”) passes through the suction port 111, the casing 110 A certain amount of low-pressure gas captured between is transferred from the suction port 111 side to the discharge port 113 side, and is discharged in the form of being pushed to the high-pressure side.

詳細には、まず、図5Aに示すように、1つのロータ121の葉端121aが吸込口111を通過する。このとき、突出部121bの先端(以下、「葉端121b」と記載する。)は、内面110aとシールされた状態にある。その後、図5Bに示すように、葉端121aと、内面110aの吸込口111側の端部110bとがシールされた状態となる際に、葉端121aと葉端121bと内面110aで囲まれた容積Vの低圧ガスが捕捉される。さらに、図5Cに示すように、葉端121aおよび葉端121bと、内面110aとがシールされた状態を保ちながら、容積Vの低圧ガスが吐出口113側へ向けて移送される。次いで、図5Dに示すように、容積Vの低圧ガスが捕捉された状態を保ったまま、葉端121bが、内面110aの2段目の圧縮要素側の端部110cに到達し、図5Eに示すように、葉端121bがそこからさらに回転し、2段目の圧縮要素側の中間位置に到達した瞬間、吐出側の中間圧(低圧ガスよりも高い圧力)のガスが1段目のポンプ作動領域内に逆流し、低圧ガスが背圧を受けて圧縮される。 Specifically, first, the leaf end 121a of one rotor 121 passes through the suction port 111, as shown in FIG. 5A. At this time, the tip of the projecting portion 121b (hereinafter referred to as "leaf end 121b") is in a sealed state with the inner surface 110a. After that, as shown in FIG. 5B, when the leaf end 121a and the end portion 110b of the inner surface 110a on the suction port 111 side are sealed, the leaf end 121a and the leaf end 121b are surrounded by the inner surface 110a. A volume V of low pressure gas is trapped. Furthermore, as shown in FIG. 5C, the low-pressure gas of volume V is transferred toward the discharge port 113 side while maintaining the sealed state between the leaf ends 121a and 121b and the inner surface 110a. Next, as shown in FIG. 5D, the leaf end 121b reaches the end 110c of the inner surface 110a on the side of the second-stage compression element while the volume V of the low-pressure gas is still trapped, and is shown in FIG. 5E. As shown, the moment the leaf end 121b rotates further from there and reaches the intermediate position on the second stage compression element side, the intermediate pressure gas on the discharge side (higher pressure than the low pressure gas) is released into the first stage pump. Flowing back into the working area, the low pressure gas is compressed under back pressure.

その後、図示してはいないが、2段目の圧縮要素においても、1段目と同様にして、ロータ121から吐き出されたガスが、ロータ131の2つの葉端とケーシング110の内面110dとにより囲まれた容積Vでロータ131に捕捉され、吐出口113側まで移送された後に、吐出側の高圧ガスの逆流により圧縮(逆流圧縮)され、吐出口113からケーシング110の外部に排出される。 After that, although not shown, in the second stage compression element, as in the first stage, the gas discharged from the rotor 121 is pushed by the two leaf ends of the rotor 131 and the inner surface 110d of the casing 110. After being captured by the rotor 131 in the enclosed volume V and transported to the discharge port 113 side, it is compressed (backflow compression) by the reverse flow of the high pressure gas on the discharge side and discharged from the discharge port 113 to the outside of the casing 110 .

なお、上記のように、吐出側の高圧ガスの逆流により、吸込側の低圧ガスが逆流圧縮される際、急激な圧力変化が生じる。この圧力変化により、ポンプ100から騒音が発生する。これに対して、本実施形態では、ロータ121、131として、三葉ロータを用いていることから、後述する二葉ロータの場合と比較して、上記の圧力変化が起こる周期が2/3となり、また、圧力ピークの最大値も減少する。その結果、ポンプ100によるガスの逆流圧縮が滑らかに行われ、騒音を低減できる。 As described above, when the high-pressure gas on the discharge side backflows and the low-pressure gas on the suction side is back-compressed, a rapid pressure change occurs. This pressure change causes the pump 100 to make noise. On the other hand, in the present embodiment, since the three-leaf rotors are used as the rotors 121 and 131, compared with the two-leaf rotor described later, the cycle of the pressure change is 2/3, Also, the maximum value of the pressure peak is reduced. As a result, the pump 100 smoothly back-compresses the gas, thereby reducing noise.

<ガスの冷却方法>
続いて、図6A~図6Eを参照しながら、ポンプ100を真空ポンプとして用いた場合のガスの冷却方法(逆流冷却方式を用いた冷却方法)を述べる。なお、図6A~図6Eにおいて、粗いドットハッチングは、真空領域(吸込圧力領域)を示し、細かいドットハッチングは、大気圧領域(吐出圧力領域)を示している。ここでの「真空」とは、大気圧よりも低い圧力を意味し、絶対真空を意味するものではない。また、ガスの冷却方法については、ポンプ100の2段の圧縮要素のうち、2段目(高圧側)の圧縮要素を例に挙げて説明する。
<Gas cooling method>
Next, referring to FIGS. 6A to 6E, a gas cooling method (a cooling method using a backflow cooling method) when the pump 100 is used as a vacuum pump will be described. In FIGS. 6A to 6E, coarse dot hatching indicates a vacuum region (suction pressure region), and fine dot hatching indicates an atmospheric pressure region (ejection pressure region). As used herein, "vacuum" means pressure below atmospheric pressure and does not mean absolute vacuum. Further, the gas cooling method will be described by taking the second-stage (high-pressure side) compression element of the two-stage compression elements of the pump 100 as an example.

本実施形態のガスの冷却方法は、上述した逆流冷却方式を採用したものであり、具体的には以下の通りである。まず、図6Aに示すように、1つのロータ131(図示した例では、左側のロータ131)の突出部131aの先端(以下、「葉端131a」と記載する。)が、1段目の圧縮要素との間の中間位置を通過する。このとき、突出部131bの先端(以下、「葉端131b」と記載する。)は、内面110dとシールされた状態にある。その後、図6Bに示すように、葉端131aと、内面110dの1段目の圧縮要素側の端部110eとがシールされた状態となる際に、葉端131aと葉端131bの先端と内面110dで囲まれた容積Vの真空状態のガスが真空領域から捕捉されるとともに、吐出圧力と同じ圧力(大気圧)の冷却ガスCが、容積Vの真空状態のガス側に逆流し始める。図6Bでは、真空状態のガスに吐出圧力と大気圧の冷却ガスCが混ざり始めた状態を、ドットの濃さのグラデーションで示している。さらに、図6Cに示すように、ロータ131の回転に伴って、葉端131aおよび葉端131bと、内面110d、110hとがシールされた状態を保ちながら、冷却ガスCが容積Vのガス側に十分に流れ込み、容積Vのガスの圧力は、吐出圧力(大気圧)に接近する。次いで、図6Dに示すように、ロータ131がさらに回転し、容積Vのガスが捕捉された状態を保ったまま、葉端131bが、内面110dの吐出口113側の端部110fに到達すると、容積Vのガスの圧力は、吐出圧力とほぼ同じになり、吐出口113と容積Vのガスが捕捉されている空間とが連通する直前の状体となる。その後、さらにロータ131が回転すると、図6Eに示すように、葉端131bが吐出口113に到達し、容積Vのガスが吐出口113側に押し出される。 The gas cooling method of the present embodiment employs the above-described backflow cooling method, and is specifically as follows. First, as shown in FIG. 6A, one rotor 131 (in the illustrated example, the rotor 131 on the left side) has a tip of a protruding portion 131a (hereinafter referred to as a “leaf end 131a”) that is compressed in the first stage. Pass through intermediate positions between elements. At this time, the tip of the projecting portion 131b (hereinafter referred to as "leaf end 131b") is in a sealed state with the inner surface 110d. Thereafter, as shown in FIG. 6B, when the leaf end 131a and the end portion 110e of the inner surface 110d on the side of the first compression element are sealed, the tip and the inner surface of the leaf end 131a and the leaf end 131b are sealed. As the evacuated gas of volume V bounded by 110d is captured from the vacuum region, cooling gas C at the same pressure as the discharge pressure (atmospheric pressure) begins to flow back into the evacuated gas side of volume V. FIG. FIG. 6B shows the state in which the discharge pressure and the atmospheric pressure cooling gas C have begun to be mixed with the gas in the vacuum state by the gradation of the density of the dots. Further, as shown in FIG. 6C, as the rotor 131 rotates, the cooling gas C flows into the gas side of the volume V while maintaining the sealed state between the leaf ends 131a and 131b and the inner surfaces 110d and 110h. Fully flowing, the pressure of the volume V of gas approaches the discharge pressure (atmospheric pressure). Next, as shown in FIG. 6D, when the rotor 131 rotates further and the leaf tip 131b reaches the end 110f of the inner surface 110d on the side of the outlet 113 while the volume V of gas remains trapped, The pressure of the gas of volume V becomes almost the same as the discharge pressure, and the body is in a state immediately before the discharge port 113 and the space in which the gas of volume V is captured communicate with each other. After that, when the rotor 131 rotates further, as shown in FIG. 6E, the leaf end 131b reaches the discharge port 113, and the volume V of gas is pushed out to the discharge port 113 side.

以上のように、本実施形態の逆流冷却方式を利用して冷却ガスCをケーシング110内に導入することで、吐出ガスの温度を低下させることができる。その結果、上述した様々な作用効果が得られる。 As described above, the temperature of the discharged gas can be lowered by introducing the cooling gas C into the casing 110 using the backflow cooling method of the present embodiment. As a result, the various effects described above can be obtained.

(第1変更例)
次に、図7を参照しながら、本実施形態のロータ121、131の形状を変更した第1変更例について述べる。本変更例に係る多段ルーツ式ポンプ101(以下、「ポンプ101」と記載する。)は、上述した第1実施形態に係るポンプ100とは、ロータの形状のみが異なる変更例である。本変更例は、後述する第2~第11実施形態の変更例としても適用できる。
(First modified example)
Next, referring to FIG. 7, a first modified example in which the shapes of the rotors 121 and 131 of this embodiment are changed will be described. A multi-stage roots pump 101 (hereinafter referred to as "pump 101") according to this modification is a modification that differs from the pump 100 according to the above-described first embodiment only in the shape of the rotor. This modified example can also be applied as modified examples of the second to eleventh embodiments described later.

図7に示すように、ポンプ101は、1段目および2段目の圧縮要素として、それぞれ、1対のロータ141、151と、2本の回転軸142、152とを有する。 As shown in FIG. 7, the pump 101 has a pair of rotors 141, 151 and two rotary shafts 142, 152 as first-stage and second-stage compression elements, respectively.

<ロータ141、151>
ロータ141は、二葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した2片の突出部141a、141bを有する所謂まゆ形の断面形状である。また、各突出部141a、141bの間には、凹部141dが設けられている。同様に、ロータ151も、二葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した2片の突出部151a、151bを有する所謂まゆ形の断面形状である。また、各突出部151a、151bの間には、凹部151dが設けられている。なお、以下、必要に応じて、ロータ151について、ロータ141と重複する説明を省略し、ロータ141の内容を適宜読み替えるものとする。
<Rotors 141, 151>
The rotor 141 is a two-leaf rotor, and its rotor profile has a so-called eyebrow-shaped cross-sectional shape with two protruding portions 141a and 141b radially protruding from the center of rotation. A recess 141d is provided between each projection 141a and 141b. Similarly, the rotor 151 is also a two-leaf rotor, and its rotor profile has a so-called cocoon-shaped cross-sectional shape with two pieces of projections 151a and 151b projecting radially from the center of rotation. A recess 151d is provided between each projection 151a and 151b. In the following description, the description of the rotor 151 that overlaps with that of the rotor 141 will be omitted as necessary, and the contents of the rotor 141 will be appropriately read.

1対のロータ141、141同士およびロータ141とケーシング110の内面110aとが接触しないように、各々のロータ141、141同士の間および突出部141a、141bの先端(葉端)とケーシング110の内面110aと間には、わずかなすき間ができる(シールされた状態となる)ように、ロータ141が配置される。 Between the rotors 141 and 141 and between the tips (leaf ends) of the protrusions 141a and 141b and the inner surface of the casing 110, so that the pair of rotors 141 and 141 and the rotor 141 and the inner surface 110a of the casing 110 do not come into contact with each other. A rotor 141 is arranged so that a slight gap is formed between 110a (in a sealed state).

ここで、1対のロータ141、141の突出部141a、141bのそれぞれが、該ロータ141を支持する回転軸142の中心を回転中心として、回転角度が175度以上の範囲で、ケーシング110aの内面との間でシールされた状態を保つことが好ましい。そのためには、ケーシング110の1段目(低圧側)の内面110aの吸込口111側の端部110bおよびロータ141の回転中心を結ぶ線分と、内面110aの2段目(高圧側)の圧縮要素側の端部110cおよびロータ141の回転中心とを結ぶ線分とのなす角θが、175度以上の範囲となるようにケーシング110の形状を設定すればよい。このことは、1対のロータ151、151についても同様であり、ケーシング110の2段目の内面110dの1段目の圧縮要素側の端部110eおよびロータ151の回転中心を結ぶ線分と、内面110dの吐出口113側の端部110fおよびロータ151の回転中心とを結ぶ線分とのなす角θが、175度以上の範囲となるようにケーシング110の形状を設定することが好ましい。これにより、ロータ141、151により圧縮されたガスが、吸込口111側に逆流することを防止でき、その結果、十分にシールされた状態が保たれる。 Here, each of the protruding portions 141a and 141b of the pair of rotors 141 and 141 rotates around the center of the rotating shaft 142 that supports the rotor 141, and the inner surface of the casing 110a rotates at a rotation angle of 175 degrees or more. preferably remain sealed between For this purpose, a line segment connecting the end 110b of the inner surface 110a of the first stage (low pressure side) of the casing 110 on the side of the suction port 111 and the center of rotation of the rotor 141, and the compression of the second stage (high pressure side) of the inner surface 110a. The shape of the casing 110 may be set so that the angle θ between the end 110c on the element side and the line segment connecting the center of rotation of the rotor 141 is in the range of 175 degrees or more. The same applies to the pair of rotors 151, 151. A line segment connecting the end portion 110e of the second stage inner surface 110d of the casing 110 on the side of the first stage compression element and the rotation center of the rotor 151, It is preferable to set the shape of the casing 110 so that the angle θ between the end 110f of the inner surface 110d on the discharge port 113 side and the line segment connecting the center of rotation of the rotor 151 is in the range of 175 degrees or more. As a result, the gas compressed by the rotors 141 and 151 can be prevented from flowing back to the suction port 111 side, and as a result, a sufficiently sealed state is maintained.

<移動容積比>
本変更例のポンプ101における移動容積比Rは、以下のようにして計算される。まず、左右1対のロータ141、151が1回転する毎に、それぞれ、ガスの吸い込みと吐き出しが4回ずつ(1つのロータ141、151で、それぞれ2回ずつ)繰り返される。ここで、ロータ141の2片の突出部(突出部141aと突出部141b)とケーシング110の内面110aとで囲まれる空間の回転軸142に垂直な断面の断面積をS1’とすると、1段目(低圧側)の圧縮要素の移動面積A1は、A1=4×S1’となる。同様に、ロータ151の2片の突出部(突出部151aと突出部151b)とケーシング110の内面110dとで囲まれる空間の回転軸152に垂直な断面の断面積をS2’とすると、2段目(高圧側)の圧縮要素の移動面積A2は、A2=4×S2’となる。このように、本変更例では、第1実施形態とは移動面積A1、A2の算出方法が異なる。他の点は、第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
<Transfer volume ratio>
The displacement volume ratio RQ in the pump 101 of this modification is calculated as follows. First, each time the pair of right and left rotors 141 and 151 makes one rotation, gas is sucked and discharged four times (one rotor 141 and 151, two times each). Here, if the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the rotating shaft 142 of the space surrounded by the two protrusions (the protrusion 141a and the protrusion 141b) of the rotor 141 and the inner surface 110a of the casing 110 is S1', one step The moving area A1 of the second (low pressure side) compression element is A1=4×S1′. Similarly, if the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the rotating shaft 152 of the space surrounded by the two protruding portions (protruding portion 151a and protruding portion 151b) of the rotor 151 and the inner surface 110d of the casing 110 is S2', the two-stage The moving area A2 of the second (high pressure side) compression element is A2=4×S2′. Thus, in this modified example, the method of calculating the moving areas A1 and A2 is different from that in the first embodiment. Since other points are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

<逆流冷却時の留意点>
ここで、図8Aおよび図8Bを参照しながら、本変更例に係るポンプ101において逆流冷却方式を採用して吐出ガスを冷却する際の留意点を述べる。図8Aおよび図8Bは、ともに、冷却ガス導入口117からの冷却ガスCが、ケーシング110の内面110dとロータ151とのすき間g1を通り抜けて、ケーシング110の内面110dとロータ151とにより捕捉されたガスに導入され始めた状態を示している。このように、冷却ガスCが導入され始めた段階で、図8Aに示すように、1段目の圧縮要素側で、ケーシング110の内面110dとロータ151との間にすきまg2があり、シールされていない状態であると、このすき間から捕捉されたガスが1段目(低圧側)の圧縮要素の方に戻ってしまい、圧縮率が低下してしまう。したがって、図8Bに示すように、冷却ガスCが導入され始めた段階において、ケーシング110の内面110dとロータ151との間がシールされた状態となっていることが必要である(図8Bの破線の丸囲みs2を参照)。
<Precautions for backflow cooling>
Here, with reference to FIGS. 8A and 8B, points to consider when cooling the discharge gas by adopting the backflow cooling method in the pump 101 according to this modification will be described. 8A and 8B both show that the cooling gas C from the cooling gas inlet 117 passes through the gap g1 between the inner surface 110d of the casing 110 and the rotor 151 and is captured by the inner surface 110d of the casing 110 and the rotor 151. It shows the state where the gas has started to be introduced. Thus, at the stage when the cooling gas C starts to be introduced, as shown in FIG. If not, the gas captured from this gap will return to the first stage (low pressure side) compression element, and the compression ratio will decrease. Therefore, as shown in FIG. 8B, at the stage when the cooling gas C starts to be introduced, it is necessary that the inner surface 110d of the casing 110 and the rotor 151 are in a sealed state (broken line in FIG. 8B). (see circled s2 in ).

<用途の違い>
本変更例に係るポンプ101の用途は、特に制限されるものではないが、本変更例のロータ141、151のように、二葉ロータを採用する場合には、ポンプ101を湿式真空ポンプに用いることが好適である。一方、第1実施形態のロータ121、131のように、三葉ロータを採用する場合には、ポンプ100を乾式ブロワに用いることが好適である。湿式真空ポンプを使用するシステムの例としては、酸素発生装置(PSA/VSA)などが挙げられ、乾式ブロワを使用するシステムの例としては、窒素(N)スタートアップブロワなどが挙げられる。
<Difference in usage>
The application of the pump 101 according to this modification is not particularly limited, but when adopting a two-leaf rotor like the rotors 141 and 151 of this modification, the pump 101 can be used as a wet vacuum pump. is preferred. On the other hand, like the rotors 121 and 131 of the first embodiment, when adopting a three-lobe rotor, it is preferable to use the pump 100 as a dry blower. Examples of systems using wet vacuum pumps include oxygen generators (PSA/VSA), and examples of systems using dry blowers include nitrogen ( N2 ) start-up blowers.

(第2変更例)
次に、図9を参照しながら、本実施形態のロータ121の形状を変更した第2変更例について述べる。本変更例に係る多段ルーツ式ポンプ102(以下、「ポンプ102」と記載する。)は、上述した第1実施形態に係るポンプ100とは、1段目のロータの形状のみが異なる変更例である。本変更例は、後述する第2~第11実施形態の変更例としても適用できる。
(Second modified example)
Next, a second modified example in which the shape of the rotor 121 of this embodiment is changed will be described with reference to FIG. A multi-stage roots-type pump 102 (hereinafter referred to as "pump 102") according to this modification is a modification that differs from the pump 100 according to the above-described first embodiment only in the shape of the rotor in the first stage. be. This modified example can also be applied as modified examples of the second to eleventh embodiments described later.

図9に示すように、ポンプ101は、1段目および2段目の圧縮要素として、それぞれ、1対のロータ141、131と、2本の回転軸142、132とを有する。すなわち、ポンプ101では、1段目のロータ141が第1変更例と同じ二葉ロータであり、2段目のロータ131が第1実施形態と同じ三葉ロータである。その他の構成および動作については、上述した第1実施形態または第1変更例と同様である。なお、図9に示した例とは逆に、1段目のロータを第1実施形態と同じ三葉ロータとし、2段目のロータを第1変更例と同じ二葉ロータとしたものも本発明の範囲に含まれる。 As shown in FIG. 9, the pump 101 has a pair of rotors 141, 131 and two rotary shafts 142, 132 as first-stage and second-stage compression elements, respectively. That is, in the pump 101, the first stage rotor 141 is the same two-leaf rotor as in the first modified example, and the second stage rotor 131 is the same three-leaf rotor as in the first embodiment. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment or the first modified example described above. Contrary to the example shown in FIG. 9, the present invention also employs the same three-lobe rotor as in the first embodiment as the rotor in the first stage, and the same two-lobe rotor as in the first modified example as the rotor in the second stage. included in the range of

[第2実施形態]
次に、図10~図12を参照しながら、本発明の第2実施形態に係る多段ルーツ式ポンプについて詳述する。図10は、本実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの一例としての内装2段ルーツ式ポンプ200(以下、「ポンプ200」と省略して記載する。)の全体構成を示す部分断面図である。図11は、図10のXI-XI線で切断した断面図である。図12は、図10のXII-XII線で切断した断面図である。第1実施形態のポンプ100は、1段目(低圧側)のロータ121と2段目(高圧側)のロータ131の長さおよび直径が同一で、かつ、1段目のロータ121の回転数が2段目のロータ131の回転数よりも高いという例であったが、本実施形態に係るポンプ200は、1段目のロータ221と2段目のロータ231の回転数および直径が等しく、かつ、1段目のロータ221の長さが2段目のロータ231の長さよりも長いという例である。なお、以下では、第1実施形態と重複する説明を適宜省略する。
[Second embodiment]
Next, a multi-stage roots pump according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 10 to 12. FIG. FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of an internal two-stage roots-type pump 200 (hereinafter abbreviated as "pump 200") as an example of a multi-stage roots-type pump according to the present embodiment. FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI of FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG. 10. FIG. In the pump 100 of the first embodiment, the first stage (low pressure side) rotor 121 and the second stage (high pressure side) rotor 131 have the same length and diameter, and the rotation speed of the first stage rotor 121 is is higher than the rotation speed of the rotor 131 in the second stage, in the pump 200 according to this embodiment, the rotation speed and diameter of the rotor 221 in the first stage and the rotor 231 in the second stage are equal, Moreover, this is an example in which the length of the rotor 221 in the first stage is longer than the length of the rotor 231 in the second stage. In addition, below, the description which overlaps with 1st Embodiment is abbreviate|omitted suitably.

(多段ルーツ式ポンプの構成)
図10~図12に示すように、ポンプ200は、回転圧縮機の一種である2段ルーツ式ポンプであり、ケーシング210と、2段の圧縮要素と、駆動機構と、冷却機構とを主に備える。
(Configuration of multistage roots pump)
As shown in FIGS. 10 to 12, the pump 200 is a two-stage roots pump, which is a type of rotary compressor, and mainly includes a casing 210, two-stage compression elements, a drive mechanism, and a cooling mechanism. Prepare.

<ケーシング>
ケーシング210の構成および機能は、第1実施形態に係るケーシング110と同様である。
<Casing>
The configuration and function of the casing 210 are similar to those of the casing 110 according to the first embodiment.

<圧縮要素>
本実施形態の圧縮要素としては、単一のケーシング210内に、吸込口211側に位置する1段目(低圧側)の圧縮要素と、吐出口213側に位置する2段目(高圧側)の圧縮要素の、2段の圧縮要素とが設けられている。2段の圧縮要素間には、直列内装型多段ルーツ式ポンプのように、仕切り板等は設けられておらず、複数の圧縮要素が、一体のケーシング210内に単一の段群として設けられている。各段の圧縮要素は、1対のロータと、当該1対のロータを支持する2本の回転軸と、をそれぞれ独立に有する。具体的には、本実施形態では、1段目の圧縮要素は、1対のロータ221、221と、2本の回転軸222、222とを有する。2段目の圧縮要素は、1対のロータ231、231と、2本の回転軸232、232とを有する。
<Compression element>
As the compression element of this embodiment, a first stage (low pressure side) compression element located on the suction port 211 side and a second stage (high pressure side) compression element located on the discharge port 213 side are provided in the single casing 210. A two-stage compression element is provided. A partition plate or the like is not provided between the two stages of compression elements unlike the series internal multi-stage roots type pump, and a plurality of compression elements are provided as a single stage group within the integral casing 210. ing. Each stage compression element independently has a pair of rotors and two rotary shafts that support the pair of rotors. Specifically, in this embodiment, the first-stage compression element has a pair of rotors 221 and 221 and two rotating shafts 222 and 222 . The second stage compression element has a pair of rotors 231 and 231 and two rotating shafts 232 and 232 .

図11に示すように、ロータ221は、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部221a、221b、221cを有する形状である。また、各突出部221a、221b、221cの間には、凹部221dが設けられている。同様に、ロータ231も、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部231a、231b、231cを有する形状である。また、各突出部231a、231b、231cの間には、凹部231dが設けられている。 As shown in FIG. 11, the rotor 221 is a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped to have three pieces of projections 221a, 221b, 221c projecting radially from the center of rotation. In addition, recesses 221d are provided between the protrusions 221a, 221b, and 221c. Similarly, the rotor 231 is also a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped with three pieces of projections 231a, 231b, 231c projecting radially from the center of rotation. Further, recesses 231d are provided between the protrusions 231a, 231b, and 231c.

1対のロータ221、221は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸222、222は、1対のロータ221、221を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸222、222は、2つのベアリング223、223により支持されている。同様に、1対のロータ231、231は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸232、232は、1対のロータ231、231を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸232、232は、2つのベアリング233、233により支持されている。さらに、本実施形態では、回転軸222と回転軸232とが、互いに平行となるように配置される。なお、以下、必要に応じて、ロータ231について、ロータ221と重複する説明を省略し、ロータ221の内容を適宜読み替えるものとする。 The pair of rotors 221, 221 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 222, 222 rotatably support a pair of rotors 221, 221 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 222 , 222 are supported by two bearings 223 , 223 . Similarly, a pair of rotors 231, 231 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 232, 232 rotatably support a pair of rotors 231, 231 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 232 , 232 are supported by two bearings 233 , 233 . Furthermore, in this embodiment, the rotating shaft 222 and the rotating shaft 232 are arranged so as to be parallel to each other. In the following description, the description of the rotor 231 that overlaps with that of the rotor 221 will be omitted as necessary, and the contents of the rotor 221 will be read appropriately.

1対のロータ221、221同士およびロータ221とケーシング210の内面210aとが接触しないように、各々のロータ221、221同士の間および突出部221a、221b、221cの先端(葉端)とケーシング210の内面210aと間には、わずかなすき間ができるように、ロータ221が配置される。このすき間の大きさについては、第1実施形態と同様である。各々のロータ221、221は、後述するタイミングギヤ261A、261Bにより回転位相が維持されており、ロータ221の断面形状は、例えば、いわゆるインボリュート曲線となっているため、上記のわずかなすき間、すなわち、シールされた状態を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。同様に、ロータ231は、対となるロータ231およびケーシング210の内面210dとの間にわずかなすき間ができるように配置される。また、1対のロータ231、231は、わずかなすき間を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。その他、ロータ221、231の構成および機能は、第1実施形態に係るロータ121、131の構成および機能と同様である。 Between the rotors 221 and 221 and the tips (leaf ends) of the protrusions 221a, 221b, and 221c and the casing 210 are arranged so that the pair of rotors 221 and 221 and the rotor 221 and the inner surface 210a of the casing 210 do not come into contact with each other. A rotor 221 is arranged so that a small gap is formed between the inner surface 210a of the . The size of this gap is the same as in the first embodiment. Rotation phases of the rotors 221, 221 are maintained by timing gears 261A, 261B, which will be described later, and the cross-sectional shape of the rotor 221 is, for example, a so-called involute curve. They can rotate in opposite directions without touching each other while remaining sealed. Similarly, the rotor 231 is arranged so that a slight gap is formed between the paired rotor 231 and the inner surface 210 d of the casing 210 . Also, the pair of rotors 231, 231 can rotate in opposite directions while maintaining a small gap without coming into contact with each other. Other configurations and functions of the rotors 221 and 231 are similar to those of the rotors 121 and 131 according to the first embodiment.

ポンプ200では、第1実施形態のポンプ100と同様に、1段目の圧縮要素であるロータ221、回転軸222等と、2段目の圧縮要素であるロータ231、回転軸232等とは、単一のケーシング210内において、同じ段の2本の回転軸222、222(または2本の回転軸232、232)を含む仮想の平面の法線方向に沿って、並列に配置されている。すなわち、1段目のロータ221と2段目のロータ231とは、それぞれ、別の軸に支持されており、かつ、同じ段の2本の回転軸が互いに平行で、かつ、異なる段の2本の回転軸も互いに平行に配置される。換言すると、ガスの吸込口211、1段目のロータ221、2段目のロータ231および吐出口213が、鉛直方向に沿って並んで配置される。したがって、ガスが吸込口211からケーシング210内に導入されると(図11の矢印Gs)、鉛直下方に進み、ロータ221により圧縮された後に、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素の中間に進む(図11の矢印Gm)。ロータ221により圧縮されたガスは、さらに鉛直下方に進み、2段目のロータ231により圧縮された後に、そのまま吐出口213からケーシング210外に排出される(図11の矢印Gd)。 In the pump 200, as in the pump 100 of the first embodiment, the rotor 221, the rotating shaft 222, etc., which are the first-stage compression elements, and the rotor 231, the rotating shaft 232, etc., which are the second-stage compression elements, Within the single casing 210, they are arranged in parallel along the normal direction of an imaginary plane containing the two rotating shafts 222, 222 (or the two rotating shafts 232, 232) of the same stage. That is, the rotor 221 in the first stage and the rotor 231 in the second stage are respectively supported by different shafts, and the two rotating shafts of the same stage are parallel to each other, and the two rotors of the different stages are in parallel. The axes of rotation of the books are also arranged parallel to each other. In other words, the gas suction port 211, the first-stage rotor 221, the second-stage rotor 231, and the gas discharge port 213 are arranged side by side in the vertical direction. Therefore, when the gas is introduced into the casing 210 from the suction port 211 (arrow Gs in FIG. 11), it travels vertically downward, is compressed by the rotor 221, and then passes through the first stage compression element and the second stage compression element. (arrow Gm in FIG. 11). The gas compressed by the rotor 221 further travels vertically downward, is compressed by the second-stage rotor 231, and is then directly discharged from the discharge port 213 to the outside of the casing 210 (arrow Gd in FIG. 11).

このように、本実施形態に係るポンプ200によれば、単一のケーシング210内において、1段目のロータ221と2段目のロータ231とが別の軸上に並列に配置されている。そのため、直列内装型多段ルーツ式ポンプと異なり、1段目の圧縮要素(ロータ221)と2段目の圧縮要素(ロータ231)との間に仕切りを設けなくても、ロータ221、231の配置自体で、2段の圧縮要素のポンプ作動領域に分けることができる。また、直列内装型多段ルーツ式ポンプの場合には、2段のロータを有する場合、ロータ2つ分以上の回転軸の長さが必要となるが、ポンプ200では、ロータ221とロータ231とが別軸上に並列に配置されているため、ロータの回転軸の長さは、ロータ1つ分程度の長さで足りる。したがって、回転軸222、232やケーシング210の剛性の低下を抑制できる。特に、ポンプ200を大風量化するためにロータ221、231の長さを長くしたとしても剛性が低下したりすることがないため、大風量化が容易となる。さらに、1段目と2段目のポンプ作動領域間で、寸法の精度や位置合わせの精度がそれ程高くなくても、組立上およびポンプ200の性能上支障がない範囲で収まるため、それほど高い加工精度および組立精度は求められない。 Thus, according to the pump 200 according to the present embodiment, the first stage rotor 221 and the second stage rotor 231 are arranged in parallel on separate shafts within the single casing 210 . Therefore, unlike the in-line multistage roots pump, the rotors 221 and 231 can be arranged without providing a partition between the first stage compression element (rotor 221) and the second stage compression element (rotor 231). As such, it can be divided into two stages of compression element pumping regions. In addition, in the case of an in-line multi-stage roots pump, if it has two stages of rotors, the length of the rotary shaft is required to be equal to or longer than two rotors. Since the rotors are arranged in parallel on different shafts, the length of the rotation shaft of the rotor is sufficient for about one rotor. Therefore, it is possible to suppress a decrease in rigidity of the rotating shafts 222 and 232 and the casing 210 . In particular, even if the length of the rotors 221 and 231 is lengthened in order to increase the air volume of the pump 200, the rigidity does not decrease, so the increase in air volume is facilitated. Furthermore, even if the dimensional accuracy and the alignment accuracy between the first stage and the second stage pump operation areas are not so high, they are within a range that does not affect the performance of the pump 200 in terms of assembly and performance. Accuracy and assembly accuracy are not required.

<移動容積比>
本実施形態のポンプ200においても、別の回転軸上に並列に配置された1段目の圧縮要素(ロータ221)と2段目の圧縮要素(ロータ231)との間において、下記式(1)で表される移動容積比Rが1より大きい。
=Qth/Qth ・・・(1)
<Transfer volume ratio>
Also in the pump 200 of this embodiment, between the first-stage compression element (rotor 221) and the second-stage compression element (rotor 231) arranged in parallel on separate rotating shafts, the following formula (1 ) is greater than 1.
RQ = QthL / QthH (1)

ここで、本実施形態における移動容積Qthとは、いわゆる押しのけ量のことであり、回転数Nに比例した、ケーシング210とロータ221またはロータ231とで囲まれた空間の時間当たりの理論容積である。すなわち、上述したように、移動容積Qth(m/min)は、以下の式(2)で表される。
Qth=Vth(m/rev)×N(min-1
=A(m/rev)×L(m)×N(min-1) ・・・(2)
Here, the movement volume Qth in this embodiment is a so-called displacement amount, which is the theoretical volume per time of the space surrounded by the casing 210 and the rotor 221 or the rotor 231, which is proportional to the rotational speed N. . That is, as described above, the movement volume Qth (m 3 /min) is represented by the following equation (2).
Qth=Vth(m 3 /rev)×N(min −1 )
=A (m 2 /rev) x L (m) x N (min -1 ) (2)

ただし、式(2)において、Vthは、押しのけ容積であり、Aは、1回転当たりの移動面積であり、Lは、ロータの長さであり、Nは、ロータの回転数である。移動面積Aは、押しのけ容積Vtの回転軸222、232に垂直な断面における断面積である。 where, in equation (2), Vth is the displacement, A is the area of movement per revolution, L is the length of the rotor, and N is the number of rotations of the rotor. The area of movement A is the cross-sectional area of the displacement volume Vt in a cross-section perpendicular to the axis of rotation 222, 232. FIG.

本実施形態のポンプ200における1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2は、以下の式(3)により計算される。 The displacement volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage in the pump 200 of this embodiment is calculated by the following equation (3).

Figure 0007179315000004
Figure 0007179315000004

ただし、式(3)において、Qth1は1段目の圧縮要素の移動容積、Qth2は2段目の圧縮要素の移動容積、A1は1段目の圧縮要素の移動面積、A2は2段目の圧縮要素の移動面積、L1は1段目のロータ221の長さ、L2は2段目のロータ231の長さ、N1は1段目のロータ221の回転数、N2は2段目のロータ231の回転数を表す。 However, in formula (3), Qth1 is the movement volume of the first stage compression element, Qth2 is the movement volume of the second stage compression element, A1 is the movement area of the first stage compression element, A2 is the second stage The moving area of the compression element, L1 is the length of the first stage rotor 221, L2 is the length of the second stage rotor 231, N1 is the rotation speed of the first stage rotor 221, and N2 is the second stage rotor 231. represents the number of rotations of

ここで、本実施形態のポンプ200では、1段目のロータ221の長さL1が、2段目のロータ231の長さL2と異なる点で、上述した第1実施形態とは異なる。そのため、ポンプ200は、第1実施形態に係るポンプ100のように、1段目のロータ221と2段目のロータ231に同じロータ(形状および大きさが同じロータ)を使用できるというメリットは享受できない。一方、ポンプ200によれば、1段目のロータ221の長さL1が、2段目のロータ231の長さL2よりも長くなっていることから(L1>L2)、1段目のロータ221の回転数N1と、2段目のロータ231の回転数N2を同じ(すなわち、N1=N2)としても、移動容積比Rを1以上にできる。 Here, the pump 200 of this embodiment differs from the first embodiment described above in that the length L1 of the rotor 221 of the first stage differs from the length L2 of the rotor 231 of the second stage. Therefore, the pump 200 has the advantage that the same rotors (rotors having the same shape and size) can be used for the first stage rotor 221 and the second stage rotor 231, like the pump 100 according to the first embodiment. Can not. On the other hand, according to the pump 200, since the length L1 of the first stage rotor 221 is longer than the length L2 of the second stage rotor 231 (L1>L2), the first stage rotor 221 Even if the rotational speed N1 of the second stage rotor 231 and the rotational speed N2 of the second stage rotor 231 are the same (that is, N1=N2), the displacement volume ratio RQ can be 1 or more.

なお、ポンプ200において、ロータ221とロータ231の直径および形状は同一である。したがって、1段目の移動面積A1と2段目の移動面積A2は等しい。また、ロータ221の回転数N1とロータ231の回転数N2とは等しい。よって、上記式(3)は、以下の式(3-2)のように書き替えられる。 In pump 200, rotors 221 and 231 have the same diameter and shape. Therefore, the moving area A1 of the first stage is equal to the moving area A2 of the second stage. Further, the rotation speed N1 of the rotor 221 and the rotation speed N2 of the rotor 231 are equal. Therefore, the above formula (3) can be rewritten as the following formula (3-2).

Figure 0007179315000005
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したがって、本実施形態では、1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2を1より大きくするためには、1段目のロータ221の長さL1を2段目のロータ231の長さL2よりも大きくすればよい(L1>L2)。このように、本実施形態では、1段目のロータ221の長さL1と2段目のロータ231の長さL2のロータ長さ比(L1/L2)により、1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2が決定される。これにより、1段目のロータ221の回転数N1と2段目のロータ231の回転数N2とを同一にできるので、詳しくは後述するように、ギヤ構成がシンプルになり、ギヤの点数も減らせる。 Therefore, in this embodiment, in order to make the moving volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage larger than 1, the length L1 of the rotor 221 of the first stage is set to the length of the rotor 231 of the second stage. is longer than the length L2 (L1>L2). As described above, in the present embodiment, the rotor length ratio (L1/L2) of the length L1 of the rotor 221 of the first stage and the length L2 of the rotor 231 of the second stage determines the length of the first stage and the second stage. A moving volume ratio R Q1-2 between is determined. As a result, the rotation speed N1 of the rotor 221 in the first stage and the rotation speed N2 of the rotor 231 in the second stage can be made the same. be.

以上のように、移動容積比Rが1より大きいと、ポンプ200の駆動軸267の軸動力を低減できる。 As described above, when the displacement volume ratio RQ is greater than 1, the shaft power of the drive shaft 267 of the pump 200 can be reduced.

<駆動機構>
図10および図12に示すように、本実施形態の駆動機構は、1対の第1タイミングギヤ261(261A、261B)と、1対の第2タイミングギヤ262(262A、262B)と、共通駆動ギヤ265と、モータ入力軸である単一の駆動軸267と、を備える。
<Drive Mechanism>
As shown in FIGS. 10 and 12, the drive mechanism of this embodiment includes a pair of first timing gears 261 (261A, 261B), a pair of second timing gears 262 (262A, 262B), and a common drive mechanism. It has a gear 265 and a single drive shaft 267 which is the motor input shaft.

1対の第1タイミングギヤ261A、261Bは、1段目の2本の回転軸222の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ221、221の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。1対の第2タイミングギヤ262A、262Bは、2段目の2本の回転軸232の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ231、231の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。なお、第1タイミングギヤ261および第2タイミングギヤ262の素材は、第1実施形態に係る第1タイミングギヤ161および第2タイミングギヤ162の素材と同様である。 A pair of first timing gears 261A and 261B are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 222 of the first stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 221 and 221 match each other. , have the same number of teeth. A pair of second timing gears 262A and 262B are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 232 of the second stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 231 and 231 match each other. , have the same number of teeth. The material of the first timing gear 261 and the second timing gear 262 is the same as the material of the first timing gear 161 and the second timing gear 162 according to the first embodiment.

また、共通駆動ギヤ265は、1対の第1タイミングギヤ261のうちの一方の第1タイミングギヤ261Aと、1対の第2タイミングギヤ262のうちの一方の第2タイミングギヤ262Aの両方と噛み合うように設けられている。さらに、駆動軸267は、共通駆動ギヤ265を回転可能に支持する。この駆動軸267は、サイドカバー280に設けられたベアリング268と、ベアリング・ギヤ室273に設けられたベアリング268とにより支持されている。また、ベアリング・ギヤ室273に設けられたベアリング268側の駆動軸267の軸端は、モータ(図示せず。)に接続されている。 In addition, the common drive gear 265 meshes with both the first timing gear 261A, which is one of the pair of first timing gears 261, and the second timing gear 262A, which is one of the pair of second timing gears 262. is provided as follows. Further, drive shaft 267 rotatably supports common drive gear 265 . The drive shaft 267 is supported by a bearing 268 provided in the side cover 280 and a bearing 268 provided in the bearing/gear chamber 273 . The shaft end of the drive shaft 267 on the bearing 268 side provided in the bearing/gear chamber 273 is connected to a motor (not shown).

上述したように、本実施形態では、ロータ221の長さL1が、ロータ231の長さL2よりも長い。したがって、上述した移動容積比を1より大きくする(R>1とする)ためには、1段目のロータ221の回転数が2段目のロータ231の回転数と同じでよい。言い換えると、1段目のロータ221の回転速度を2段目のロータ231の回転速度と同じ速さにすることができる。そこで、ポンプ200では、1段目のロータ221の回転数が2段目のロータ231の回転数と同じになるように、同じ歯数の第1タイミングギヤ261と第2タイミングギヤ262とが同一の共通駆動ギヤ265に噛み合うようにしている。なお、各ロータ221、231の長さをどの程度とするかは、所望の風量および移動容積比Rが得られるように適宜決定すればよい。 As described above, the length L1 of the rotor 221 is longer than the length L2 of the rotor 231 in this embodiment. Therefore, in order to make the movement volume ratio greater than 1 (R Q >1), the rotation speed of the rotor 221 in the first stage may be the same as the rotation speed of the rotor 231 in the second stage. In other words, the rotational speed of the rotor 221 in the first stage can be made the same as the rotational speed of the rotor 231 in the second stage. Therefore, in the pump 200, the first timing gear 261 and the second timing gear 262 having the same number of teeth are used so that the rotation speed of the rotor 221 at the first stage is the same as the rotation speed of the rotor 231 at the second stage. are meshed with the common drive gear 265. The length of each rotor 221, 231 may be appropriately determined so as to obtain the desired air volume and movement volume ratio RQ .

<冷却機構>
図11に示すように、本実施形態に係るケーシング210にも、中間吐出口215および本実施形態に係る第1冷却ガス導入口の一例としての中間逆流冷却ガス導入口216(以下、単に「冷却ガス導入口216」と記載する。)が設けられる。中間吐出口215および冷却ガス導入口216は、それぞれ、第1実施形態に係る中間吐出口115および冷却ガス導入口116と同じ構成、機能および作用効果を有する。また、本実施形態に係る冷却部の一例としての冷却器1が、中間吐出口215および冷却ガス導入口216と接続される。また、冷却器1には、逆止弁3も接続される。
<Cooling mechanism>
As shown in FIG. 11, the casing 210 according to this embodiment also has an intermediate discharge port 215 and an intermediate backflow cooling gas introduction port 216 as an example of a first cooling gas introduction port according to this embodiment (hereinafter simply referred to as “cooling gas inlet”). A gas introduction port 216” is provided. The intermediate outlet 215 and the cooling gas inlet 216 respectively have the same configurations, functions and effects as the intermediate outlet 115 and the cooling gas inlet 116 according to the first embodiment. A cooler 1 as an example of the cooling unit according to the present embodiment is connected to the intermediate discharge port 215 and the cooling gas introduction port 216 . A check valve 3 is also connected to the cooler 1 .

<第2冷却ガス導入口>
図11に示すように、本実施形態に係るケーシング210にも、第1実施形態に係る冷却ガス導入口117と同じ構成、機能および作用効果を有する逆流冷却ガス導入口217が設けられる。
<Second cooling gas inlet>
As shown in FIG. 11, a casing 210 according to the present embodiment is also provided with a backflow cooling gas introduction port 217 having the same configuration, function and effect as the cooling gas introduction port 117 according to the first embodiment.

<その他の構成>
その他、本実施形態のポンプ200は、ケーシング210とベアリング・ギヤ室273との間、および、ケーシング210とベアリング室274との間に、中間室として、サイドカバー280を有している。このサイドカバー280は、第1実施形態に係るサイドカバー180と実質的に同じ構成および機能を有する。また、ポンプ200にも、第1実施形態に係るポンプ100と同様のシール機構および軸封機構が設けられている。
<Other configurations>
In addition, the pump 200 of this embodiment has side covers 280 as intermediate chambers between the casing 210 and the bearing/gear chamber 273 and between the casing 210 and the bearing chamber 274 . This side cover 280 has substantially the same configuration and function as the side cover 180 according to the first embodiment. The pump 200 is also provided with the same sealing mechanism and shaft sealing mechanism as the pump 100 according to the first embodiment.

(多段ルーツ式ポンプの動作)
続いて、上述した構成を有するポンプ200の駆動方法を述べる。なお、ポンプ200によるガスの圧縮方法およびガスの冷却方法は、上述した第1実施形態のポンプ100と同様である。
(Operation of multistage roots pump)
Next, a method of driving the pump 200 having the configuration described above will be described. The gas compression method and gas cooling method by the pump 200 are the same as those of the pump 100 of the first embodiment described above.

<ポンプの駆動方法>
図10~図12に示すように、図示しないモータにより駆動軸267が回転すると、駆動軸267に支持された共通駆動ギヤ265が回転駆動する。次いで、1対の第1タイミングギヤ261A、261Bのうち、共通駆動ギヤ265と噛み合う一方の第1タイミングギヤ261Aが、共通駆動ギヤ265とは反対方向に回転する。このときの第1タイミングギヤ261Aの回転数は、共通駆動ギヤ265の回転数から、共通駆動ギヤ265の歯数と第1タイミングギヤ261Aの歯数との比から算出される減速比(第1タイミングギヤ261Aの歯数/共通駆動ギヤ265の歯数)で減速された回転数となる。また、第1タイミングギヤ261Aと噛み合う他方の第1タイミングギヤ261Bは、第1タイミングギヤ261Aの歯数と同じ歯数であるため、第1タイミングギヤ261Aと反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ221、221は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ221、221の回転により、吸込口211付近のガスが、吸込口211からケーシング210内に吸い込まれた(図11の矢印Gs)後に、ロータ221により圧縮されて中間位置に吐き出される(図11の矢印Gm)。
<Pump driving method>
As shown in FIGS. 10 to 12, when the drive shaft 267 is rotated by a motor (not shown), the common drive gear 265 supported by the drive shaft 267 is rotationally driven. Next, of the pair of first timing gears 261A and 261B, one of the first timing gears 261A meshing with the common drive gear 265 rotates in the opposite direction to the common drive gear 265. As shown in FIG. The rotation speed of the first timing gear 261A at this time is a reduction ratio (first The rotation speed is reduced by the number of teeth of the timing gear 261A/the number of teeth of the common driving gear 265). Also, the other first timing gear 261B meshing with the first timing gear 261A has the same number of teeth as the first timing gear 261A, so it rotates in the opposite direction to the first timing gear 261A at the same number of revolutions. As a result, the pair of rotors 221, 221 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 221, 221, the gas near the suction port 211 is sucked into the casing 210 through the suction port 211 (arrow Gs in FIG. 11), then compressed by the rotor 221 and discharged to the intermediate position. (arrow Gm in FIG. 11).

同様に、1対の第2タイミングギヤ262A、262Bのうち、共通駆動ギヤ265と噛み合う一方の第2タイミングギヤ262Aが、共通駆動ギヤ265とは反対方向に回転する。このときの第2タイミングギヤ262Aの回転数は、共通駆動ギヤ265の回転数から、共通駆動ギヤ265の歯数と第2タイミングギヤ262Aの歯数との比から算出される減速比(第2タイミングギヤ262Aの歯数/共通駆動ギヤ265の歯数)で減速された回転数となる。ここで、第1タイミングギヤ261Aと第2タイミングギヤ262Aとは、同じ歯数であり、かつ、同じ共通駆動ギヤ265に噛み合っていることから、第2タイミングギヤ262Aの回転方向および回転数は、第1タイミングギヤ261Aと同じになる。また、第2タイミングギヤ262Aと噛み合う他方の第2タイミングギヤ262Bは、第2タイミングギヤ262Aの歯数と同じ歯数であるため、第2タイミングギヤ262Aと互いに反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ231、231は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ231、231の回転により、1段目のロータ221により圧縮されて中間位置に吐き出されたガスが、中間位置から2段目のロータ231に掻き込まれた(図11の矢印Gm)後に、ロータ231により圧縮されて吐出口213から外部に排出される(図11の矢印Gd)。 Similarly, of the pair of second timing gears 262A and 262B, one of the second timing gears 262A meshing with the common driving gear 265 rotates in the opposite direction to the common driving gear 265. The rotation speed of the second timing gear 262A at this time is a reduction ratio (second The rotation speed is reduced by the number of teeth of the timing gear 262A/the number of teeth of the common drive gear 265). Here, since the first timing gear 261A and the second timing gear 262A have the same number of teeth and mesh with the same common drive gear 265, the rotation direction and rotation speed of the second timing gear 262A are It becomes the same as the first timing gear 261A. Also, the other second timing gear 262B meshing with the second timing gear 262A has the same number of teeth as the second timing gear 262A, so it rotates in the opposite direction at the same number of rotations as the second timing gear 262A. . As a result, the pair of rotors 231, 231 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 231, 231, the gas compressed by the rotor 221 of the first stage and discharged to the intermediate position is swept into the rotor 231 of the second stage from the intermediate position (arrow in FIG. 11). Gm), it is then compressed by the rotor 231 and discharged to the outside from the discharge port 213 (arrow Gd in FIG. 11).

また、本実施形態では、第1実施形態と同様に、1段目と2段目の間の中間位置に存在するガスが、中間吐出口215からケーシング210の外部に排出され、冷却器1で冷却された後に、ケーシング210の左右両側面に設けられた2箇所の冷却ガス導入口216A、216Bから1段目の圧縮要素内(ロータ221とケーシング210とで囲まれた空間内)に導入される。このとき、中間位置の圧力(中間圧力)Pmは、ロータ221とケーシング210とで囲まれた空間の圧力以上であることから、中間吐出口215から排出されたガスは、冷却器1を通って、循環する。より詳細には、図11の矢印Geに示すように、中間吐出口215から排出されたガスは、冷却器1により冷却され、冷却ガス導入口216から1段目の圧縮要素内、具体的には、1段目のロータ221とケーシング210とで囲まれた領域内(移動容積Qth1部分)に導入された後、再び中間位置に吐出される。そのため、中間位置のガスを排出するブロワ等の装置を別途設けなくても、中間位置のガスは中間吐出口215から常時排出され、冷却器1により冷却されたガスが1段目の圧縮要素内に常時導入される。その結果、1段目の圧縮要素から吐き出されるガスの温度が低下するため、1段目(低圧側)の圧縮要素で圧縮されて温度が上昇したガスが、放熱されずに2段目(高圧側)の圧縮要素に直接吸い込まれることを防止でき、2段目の圧縮要素で圧縮されたガスの著しい温度上昇も抑制できる。 Further, in the present embodiment, as in the first embodiment, the gas present in the intermediate position between the first stage and the second stage is discharged from the intermediate discharge port 215 to the outside of the casing 210, and is discharged from the cooler 1. After being cooled, it is introduced into the first-stage compression element (inside the space surrounded by rotor 221 and casing 210) through two cooling gas introduction ports 216A and 216B provided on both left and right sides of casing 210. be. At this time, since the pressure at the intermediate position (intermediate pressure) Pm is equal to or higher than the pressure in the space surrounded by the rotor 221 and the casing 210, the gas discharged from the intermediate discharge port 215 passes through the cooler 1 , circulating. More specifically, as indicated by an arrow Ge in FIG. 11, the gas discharged from the intermediate discharge port 215 is cooled by the cooler 1, and is introduced into the compression element at the first stage from the cooling gas introduction port 216. is introduced into the region surrounded by the first stage rotor 221 and the casing 210 (moving volume Qth1 portion), and then discharged to the intermediate position again. Therefore, even if a device such as a blower for discharging the gas at the intermediate position is not separately provided, the gas at the intermediate position is always discharged from the intermediate discharge port 215, and the gas cooled by the cooler 1 is discharged into the first stage compression element. always introduced in As a result, the temperature of the gas discharged from the first-stage compression element decreases, so the gas that has been compressed by the first-stage (low-pressure side) compression element and rises in temperature does not dissipate heat, and the second-stage (high-pressure side) can be prevented from being directly sucked into the compression element of the second stage, and a significant temperature rise of the gas compressed by the second-stage compression element can be suppressed.

さらに、中間圧力Pmが大気圧以上の場合には、逆止弁3が開放され、中間圧力Pmと大気圧との圧力差により、中間位置に存在するガスは、中間吐出口215から、より圧力の低い大気に排出され(図11の矢印Geおよび矢印Gd)、中間圧力Pmが大気圧以下まで下がる。したがって、2段目の圧縮要素(ロータ231)への吸込圧力が小さくなるため、1段目の圧縮要素(ロータ221)への吸込圧力と2段目の圧縮要素(ロータ231)への吸込圧力との差圧ΔP1を小さくすることができる。その結果、ポンプ200を作動するモータの動力を低減できる。特に、ポンプ200が吸込口211に向けてガスを引き始めた段階では、中間圧力Pmが大気圧以上になりやすいため、ガスの引き始めの段階において、特に、モータの動力低減効果が高い。 Furthermore, when the intermediate pressure Pm is equal to or higher than the atmospheric pressure, the check valve 3 is opened, and the pressure difference between the intermediate pressure Pm and the atmospheric pressure causes the gas existing at the intermediate position to be pushed out from the intermediate discharge port 215 to a higher pressure. (arrow Ge and arrow Gd in FIG. 11), and the intermediate pressure Pm drops below the atmospheric pressure. Therefore, since the suction pressure to the second stage compression element (rotor 231) becomes smaller, the suction pressure to the first stage compression element (rotor 221) and the suction pressure to the second stage compression element (rotor 231) can be reduced. As a result, the power of the motor that operates the pump 200 can be reduced. In particular, when the pump 200 starts to draw gas toward the suction port 211, the intermediate pressure Pm tends to be higher than the atmospheric pressure.

本実施形態では、ロータ221の長さL1がロータ231の長さL2よりも大きくなっている。また、第1タイミングギヤ261Aとの間の共通駆動ギヤ265の減速比は、第2タイミングギヤ262Aとの間の共通駆動ギヤ265の減速比と同じになっている。したがって、ロータ221の回転数N1は、ロータ231の回転数N2と同じになる。また、ロータ221とロータ231の形状が同じであることから、上述したように、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素との間の移動容積比Rは、1より大きくなる。 In this embodiment, the length L1 of the rotor 221 is longer than the length L2 of the rotor 231. As shown in FIG. Also, the reduction ratio of the common drive gear 265 with respect to the first timing gear 261A is the same as the reduction ratio of the common drive gear 265 with respect to the second timing gear 262A. Therefore, the rotation speed N1 of the rotor 221 is the same as the rotation speed N2 of the rotor 231. FIG. Further, since the rotors 221 and 231 have the same shape, the volumetric displacement ratio RQ between the first-stage compression element and the second-stage compression element is greater than 1, as described above.

[第3実施形態]
次に、図13~図15を参照しながら、本発明の第3実施形態に係る多段ルーツ式ポンプについて詳述する。図13は、本実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの一例としての内装2段ルーツ式ポンプ300(以下、「ポンプ300」と省略して記載する。)の全体構成を示す部分断面図である。図14は、図13のXIV-XIV線で切断した断面図である。図15は、図13のXV-XV線で切断した断面図である。第1実施形態のポンプ100は、1段目(低圧側)のロータ121と2段目(高圧側)のロータ131の長さおよび直径が同一で、かつ、1段目のロータ121の回転数が2段目のロータ131の回転数よりも高いという例であったが、本実施形態に係るポンプ300は、1段目のロータ321と2段目のロータ331の回転数および長さが等しく、かつ、1段目のロータ321の直径が2段目のロータ331の直径よりも大きいという例である。なお、以下では、第1実施形態と重複する説明を適宜省略する。
[Third embodiment]
Next, a multi-stage roots pump according to a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 13 to 15. FIG. FIG. 13 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of an internal two-stage roots-type pump 300 (hereinafter abbreviated as "pump 300") as an example of a multi-stage roots-type pump according to the present embodiment. 14 is a cross-sectional view taken along line XIV-XIV in FIG. 13. FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line XV-XV of FIG. 13. FIG. In the pump 100 of the first embodiment, the first stage (low pressure side) rotor 121 and the second stage (high pressure side) rotor 131 have the same length and diameter, and the rotation speed of the first stage rotor 121 is is higher than the rotation speed of the rotor 131 in the second stage, in the pump 300 according to this embodiment, the rotation speed and length of the rotor 321 in the first stage and the rotor 331 in the second stage are equal. Also, the diameter of the rotor 321 in the first stage is larger than the diameter of the rotor 331 in the second stage. In addition, below, the description which overlaps with 1st Embodiment is abbreviate|omitted suitably.

(多段ルーツ式ポンプの構成)
図13~図15に示すように、ポンプ300は、回転圧縮機の一種である2段ルーツ式ポンプであり、ケーシング310と、2段の圧縮要素と、駆動機構と、冷却機構とを主に備える。
(Configuration of multistage roots pump)
As shown in FIGS. 13 to 15, the pump 300 is a two-stage roots pump, which is a type of rotary compressor, and mainly includes a casing 310, two-stage compression elements, a drive mechanism, and a cooling mechanism. Prepare.

<ケーシング>
ケーシング310の構成および機能は、第1実施形態に係るケーシング110と同様である。
<Casing>
The configuration and function of the casing 310 are similar to those of the casing 110 according to the first embodiment.

<圧縮要素>
本実施形態の圧縮要素としては、単一のケーシング310内に、吸込口311側に位置する1段目(低圧側)の圧縮要素と、吐出口313側に位置する2段目(高圧側)の圧縮要素の、2段の圧縮要素とが設けられている。2段の圧縮要素間には、直列内装型多段ルーツ式ポンプのように、仕切り板等は設けられておらず、複数の圧縮要素が、一体のケーシング310内に単一の段群として設けられている。各段の圧縮要素は、1対のロータと、当該1対のロータを支持する2本の回転軸と、をそれぞれ独立に有する。具体的には、本実施形態では、1段目の圧縮要素は、1対のロータ321、321と、2本の回転軸322、322とを有する。2段目の圧縮要素は、1対のロータ331、331と、2本の回転軸332、332とを有する。
<Compression element>
As the compression element of this embodiment, a first stage (low pressure side) compression element located on the suction port 311 side and a second stage (high pressure side) compression element located on the discharge port 313 side are provided in the single casing 310. A two-stage compression element is provided. A partition plate or the like is not provided between the two stages of compression elements unlike the series internal multi-stage roots type pump, and a plurality of compression elements are provided as a single stage group within the integral casing 310. ing. Each stage compression element independently has a pair of rotors and two rotary shafts that support the pair of rotors. Specifically, in this embodiment, the first-stage compression element has a pair of rotors 321 and 321 and two rotating shafts 322 and 322 . The second stage compression element has a pair of rotors 331 and 331 and two rotating shafts 332 and 332 .

図14に示すように、ロータ321は、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部321a、321b、321cを有する形状である。また、各突出部321a、321b、321cの間には、凹部321dが設けられている。同様に、ロータ331も、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部331a、331b、331cを有する形状である。また、各突出部331a、331b、331cの間には、凹部331dが設けられている。 As shown in FIG. 14, the rotor 321 is a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped to have three protruding portions 321a, 321b, 321c radially protruding from the center of rotation. In addition, recesses 321d are provided between the protrusions 321a, 321b, and 321c. Similarly, the rotor 331 is also a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped with three pieces of projections 331a, 331b, 331c projecting radially from the center of rotation. In addition, recesses 331d are provided between the protrusions 331a, 331b, and 331c.

1対のロータ321、321は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸322、322は、1対のロータ321、321を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸322、322は、2つのベアリング323、323により支持されている。同様に、1対のロータ331、331は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸332、332は、1対のロータ331、331を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸332、332は、2つのベアリング333、333により支持されている。さらに、本実施形態では、回転軸322と回転軸332とが、互いに平行となるように配置される。なお、以下、必要に応じて、ロータ331について、ロータ321と重複する説明を省略し、ロータ321の内容を適宜読み替えるものとする。 The pair of rotors 321, 321 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 322, 322 rotatably support a pair of rotors 321, 321 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 322 , 322 are supported by two bearings 323 , 323 . Similarly, a pair of rotors 331, 331 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 332, 332 rotatably support a pair of rotors 331, 331 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 332 , 332 are supported by two bearings 333 , 333 . Furthermore, in this embodiment, the rotating shaft 322 and the rotating shaft 332 are arranged so as to be parallel to each other. In the following description, the description of the rotor 331 that overlaps with that of the rotor 321 will be omitted as necessary, and the contents of the rotor 321 will be replaced as appropriate.

1対のロータ321、321同士およびロータ321とケーシング310の内面310aとが接触しないように、各々のロータ321、321同士の間および突出部321a、321b、321cの先端(葉端)とケーシング310の内面310aと間には、わずかなすき間ができるように、ロータ321が配置される。このすき間の大きさについては、第1実施形態と同様である。各々のロータ321、321は、後述するタイミングギヤ361A、361Bにより回転位相が維持されており、ロータ321の断面形状は、例えば、いわゆるインボリュート曲線となっているため、上記のわずかなすき間、すなわち、シールされた状態を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。同様に、ロータ331は、対となるロータ331およびケーシング310の内面310dとの間にわずかなすき間ができるように配置される。また、1対のロータ331、331は、わずかなすき間を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。その他、ロータ321、331の構成および機能は、第1実施形態に係るロータ121、131の構成および機能と同様である。 Between the rotors 321 and 321 and the tips (leaf ends) of the protrusions 321a, 321b, and 321c and the casing 310 are arranged so that the pair of rotors 321 and 321 and the rotor 321 and the inner surface 310a of the casing 310 do not come into contact with each other. A rotor 321 is arranged with a small gap between the inner surface 310a of the . The size of this gap is the same as in the first embodiment. Rotation phases of the rotors 321, 321 are maintained by timing gears 361A, 361B, which will be described later, and the cross-sectional shape of the rotor 321 is, for example, a so-called involute curve. They can rotate in opposite directions without touching each other while remaining sealed. Similarly, the rotor 331 is arranged so that a slight gap is formed between the paired rotor 331 and the inner surface 310 d of the casing 310 . Also, the pair of rotors 331, 331 can rotate in opposite directions while maintaining a small gap without coming into contact with each other. Other configurations and functions of the rotors 321 and 331 are similar to those of the rotors 121 and 131 according to the first embodiment.

ポンプ300では、第1実施形態のポンプ100と同様に、1段目の圧縮要素であるロータ321、回転軸322等と、2段目の圧縮要素であるロータ331、回転軸332等とは、単一のケーシング310内において、同じ段の2本の回転軸322、322(または2本の回転軸332、332)を含む仮想の平面の法線方向に沿って、並列に配置されている。すなわち、1段目のロータ321と2段目のロータ331とは、それぞれ、別の軸に支持されており、かつ、同じ段の2本の回転軸が互いに平行で、かつ、異なる段の2本の回転軸も互いに平行に配置される。換言すると、ガスの吸込口311、1段目のロータ321、2段目のロータ331および吐出口313が、鉛直方向に沿って並んで配置される。したがって、ガスが吸込口311からケーシング310内に導入されると(図14の矢印Gs)、鉛直下方に進み、ロータ321により圧縮された後に、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素の中間に進む(図14の矢印Gm)。ロータ321により圧縮されたガスは、さらに鉛直下方に進み、2段目のロータ331により圧縮された後に、そのまま吐出口313からケーシング310外に排出される(図14の矢印Gd)。 In the pump 300, as in the pump 100 of the first embodiment, the rotor 321, the rotating shaft 322, etc., which are the first-stage compression elements, and the rotor 331, the rotating shaft 332, etc., which are the second-stage compression elements, Within a single casing 310, they are arranged in parallel along the normal direction of an imaginary plane containing two rotating shafts 322, 322 (or two rotating shafts 332, 332) of the same stage. That is, the rotor 321 of the first stage and the rotor 331 of the second stage are respectively supported by different shafts, and the two rotating shafts of the same stage are parallel to each other, and the two rotors of the different stages are parallel to each other. The axes of rotation of the books are also arranged parallel to each other. In other words, the gas suction port 311, the first-stage rotor 321, the second-stage rotor 331, and the gas discharge port 313 are arranged side by side in the vertical direction. Therefore, when the gas is introduced into the casing 310 from the suction port 311 (arrow Gs in FIG. 14), it travels vertically downward, is compressed by the rotor 321, and then passes through the first stage compression element and the second stage compression element. (arrow Gm in FIG. 14). The gas compressed by the rotor 321 further travels vertically downward, is compressed by the second-stage rotor 331, and is then directly discharged from the discharge port 313 to the outside of the casing 310 (arrow Gd in FIG. 14).

このように、本実施形態に係るポンプ300によれば、単一のケーシング310内において、1段目のロータ321と2段目のロータ331とが別の軸上に並列に配置されている。そのため、直列内装型多段ルーツ式ポンプと異なり、1段目の圧縮要素(ロータ321)と2段目の圧縮要素(ロータ331)との間に仕切りを設けなくても、ロータ321、331の配置自体で、2段の圧縮要素のポンプ作動領域に分けることができる。また、直列内装型多段ルーツ式ポンプの場合には、2段のロータを有する場合、ロータ2つ分以上の回転軸の長さが必要となるが、ポンプ300では、ロータ321とロータ331とが別軸上に並列に配置されているため、ロータの回転軸の長さは、ロータ1つ分程度の長さで足りる。したがって、回転軸322、332やケーシング310の剛性の低下を抑制できる。特に、ポンプ300を大風量化するためにロータ321、331の長さを長くしたとしても剛性が低下したりすることがないため、大風量化が容易となる。さらに、1段目と2段目のポンプ作動領域間で、寸法の精度や位置合わせの精度がそれ程高くなくても、組立上およびポンプ300の性能上支障がない範囲で収まるため、それほど高い加工精度および組立精度は求められない。 Thus, according to the pump 300 according to the present embodiment, the rotor 321 of the first stage and the rotor 331 of the second stage are arranged in parallel on separate axes within the single casing 310 . Therefore, unlike the in-line multistage roots pump, the rotors 321 and 331 can be arranged without providing a partition between the first stage compression element (rotor 321) and the second stage compression element (rotor 331). As such, it can be divided into two stages of compression element pumping regions. In addition, in the case of a series-internal multistage roots pump, if it has two stages of rotors, the length of the rotary shaft is required to be longer than two rotors. Since the rotors are arranged in parallel on different shafts, the length of the rotation shaft of the rotor is sufficient for one rotor. Therefore, it is possible to suppress a decrease in rigidity of the rotating shafts 322 and 332 and the casing 310 . In particular, even if the length of the rotors 321 and 331 is lengthened in order to increase the air volume of the pump 300, the rigidity does not decrease, so the increase in air volume is facilitated. Furthermore, even if the dimensional accuracy and the alignment accuracy between the first stage and the second stage pump operation areas are not so high, they are within a range that does not affect the performance of the pump 300 in terms of assembly and performance. Precision and assembly accuracy are not required.

<移動容積比>
本実施形態のポンプ300においても、別の回転軸上に並列に配置された1段目の圧縮要素(ロータ321)と2段目の圧縮要素(ロータ331)との間において、下記式(1)で表される移動容積比Rが1より大きい。
=Qth/Qth ・・・(1)
<Transfer volume ratio>
Also in the pump 300 of the present embodiment, between the first-stage compression element (rotor 321) and the second-stage compression element (rotor 331) arranged in parallel on separate rotating shafts, the following formula (1 ) is greater than 1.
RQ = QthL / QthH (1)

ここで、本実施形態における移動容積Qthとは、いわゆる押しのけ量のことであり、回転数Nに比例した、ケーシング310とロータ321またはロータ331とで囲まれた空間の時間当たりの理論容積である。すなわち、上述したように、移動容積Qth(m/min)は、以下の式(2)で表される。
Qth=Vth(m/rev)×N(min-1
=A(m/rev)×L(m)×N(min-1) ・・・(2)
Here, the movement volume Qth in this embodiment is a so-called displacement amount, which is a theoretical volume per hour of the space surrounded by the casing 310 and the rotor 321 or the rotor 331, which is proportional to the rotational speed N. . That is, as described above, the movement volume Qth (m 3 /min) is represented by the following equation (2).
Qth=Vth(m 3 /rev)×N(min −1 )
=A (m 2 /rev) x L (m) x N (min -1 ) (2)

ただし、式(2)において、Vthは、押しのけ容積であり、Aは、1回転当たりの移動面積であり、Lは、ロータの長さであり、Nは、ロータの回転数である。移動面積Aは、押しのけ容積Vtの回転軸322、332に垂直な断面における断面積である。 where, in equation (2), Vth is the displacement, A is the area of movement per revolution, L is the length of the rotor, and N is the number of rotations of the rotor. The area of movement A is the cross-sectional area of the displacement volume Vt in a cross-section perpendicular to the rotation axes 322 and 332 .

本実施形態のポンプ300における1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2は、以下の式(3)により計算される。 The displacement volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage in the pump 300 of this embodiment is calculated by the following equation (3).

Figure 0007179315000006
Figure 0007179315000006

ただし、式(3)において、Qth1は1段目の圧縮要素の移動容積、Qth2は2段目の圧縮要素の移動容積、A1は1段目の圧縮要素の移動面積、A2は2段目の圧縮要素の移動面積、L1は1段目のロータ321の長さ、L2は2段目のロータ331の長さ、N1は1段目のロータ321の回転数、N2は2段目のロータ331の回転数を表す。 However, in formula (3), Qth1 is the movement volume of the first stage compression element, Qth2 is the movement volume of the second stage compression element, A1 is the movement area of the first stage compression element, A2 is the second stage The moving area of the compression element, L1 is the length of the first stage rotor 321, L2 is the length of the second stage rotor 331, N1 is the rotation speed of the first stage rotor 321, and N2 is the second stage rotor 331. represents the number of rotations of

ここで、本実施形態のポンプ300では、1段目のロータ321の直径D1が、2段目のロータ331の直径D2と異なる点で、上述した第1実施形態とは異なる。そのため、ポンプ300は、第1実施形態に係るポンプ100のように、1段目のロータ321と2段目のロータ331に同じロータ(形状および大きさが同じロータ)を使用できるというメリットは享受できない。一方、ポンプ300によれば、1段目のロータ321の直径D1が、2段目のロータ331の直径D2よりも大きくなっていることから(D1>D2)、1段目のロータ321の回転数N1と、2段目のロータ331の回転数N2を同じ(すなわち、N1=N2)としても、移動容積比Rを1以上にできる。 Here, the pump 300 of this embodiment differs from the first embodiment described above in that the diameter D1 of the rotor 321 of the first stage is different from the diameter D2 of the rotor 331 of the second stage. Therefore, the pump 300 enjoys the advantage that the same rotors (rotors having the same shape and size) can be used for the first-stage rotor 321 and the second-stage rotor 331, like the pump 100 according to the first embodiment. Can not. On the other hand, according to the pump 300, since the diameter D1 of the rotor 321 of the first stage is larger than the diameter D2 of the rotor 331 of the second stage (D1>D2), the rotation of the rotor 321 of the first stage Even if the number N1 and the rotational speed N2 of the second stage rotor 331 are the same (that is, N1=N2), the displacement volume ratio RQ can be made 1 or more.

なお、ポンプ300において、ロータ321の直径D1は、ロータ331の直径D2よりも大きい。したがって、1段目の移動面積A1は、2段目の移動面積A2よりも大きくなる(A1>A2)。また、ロータ321の長さL1とロータ331の長さL2とは等しく、ロータ321の回転数N1とロータ331の回転数N2とは等しい。よって、上記式(3)は、以下の式(3-3)のように書き替えられる。 In pump 300 , diameter D1 of rotor 321 is larger than diameter D2 of rotor 331 . Therefore, the moving area A1 of the first stage is larger than the moving area A2 of the second stage (A1>A2). Further, the length L1 of the rotor 321 and the length L2 of the rotor 331 are equal, and the rotation speed N1 of the rotor 321 and the rotation speed N2 of the rotor 331 are equal. Therefore, the above formula (3) can be rewritten as the following formula (3-3).

Figure 0007179315000007
Figure 0007179315000007

したがって、本実施形態では、1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2を1より大きくするためには、1段目のロータ321の直径D1を2段目のロータ331の直径D2よりも大きくすることにより、1段目の移動面積A1を2段目の移動面積A2よりも大きくすればよい(A1>A2)。このように、本実施形態では、1段目のロータ321の直径D1と2段目のロータ331の直径D2のロータ直径比(D1/D2)、言い換えると、1段目の移動面積A1と2段目の移動面積A2の移動容積比(A1/A2)により、1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2が決定される。 Therefore, in the present embodiment, in order to make the moving volume ratio RQ1-2 between the first stage and the second stage greater than 1, the diameter D1 of the rotor 321 of the first stage is changed to that of the rotor 331 of the second stage. By making it larger than the diameter D2, the movement area A1 of the first stage should be made larger than the movement area A2 of the second stage (A1>A2). Thus, in the present embodiment, the rotor diameter ratio (D1/D2) of the diameter D1 of the rotor 321 in the first stage and the diameter D2 of the rotor 331 in the second stage (D1/D2), in other words, the moving areas A1 and 2 The moving volume ratio (A1/A2) of the moving area A2 of the stage determines the moving volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage.

以上のように、移動容積比Rが1より大きいと、ポンプ300の駆動軸367の軸動力を低減できる。 As described above, when the displacement volume ratio RQ is greater than 1, the shaft power of the drive shaft 367 of the pump 300 can be reduced.

<駆動機構>
図13および図15に示すように、本実施形態の駆動機構は、1対の第1タイミングギヤ361(361A、361B)と、1対の第2タイミングギヤ362(362A、362B)と、第1駆動ギヤ365と、第2駆動ギヤ366と、モータ入力軸である単一の駆動軸367と、を備える。
<Drive Mechanism>
As shown in FIGS. 13 and 15, the drive mechanism of this embodiment includes a pair of first timing gears 361 (361A, 361B), a pair of second timing gears 362 (362A, 362B), and a first It comprises a drive gear 365, a second drive gear 366 and a single drive shaft 367 which is the motor input shaft.

1対の第1タイミングギヤ361A、361Bは、1段目の2本の回転軸322の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ321、321の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。1対の第2タイミングギヤ362A、362Bは、2段目の2本の回転軸332の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ331、331の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。なお、第1タイミングギヤ361および第2タイミングギヤ362の素材は、第1実施形態に係る第1タイミングギヤ161および第2タイミングギヤ162の素材と同様である。 A pair of first timing gears 361A and 361B are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 322 of the first stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 321 and 321 match each other. , have the same number of teeth. A pair of second timing gears 362A and 362B are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 332 of the second stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 331 and 331 match each other. , have the same number of teeth. The material of the first timing gear 361 and the second timing gear 362 is the same as the material of the first timing gear 161 and the second timing gear 162 according to the first embodiment.

また、第1駆動ギヤ365は、1対の第1タイミングギヤ361のうちの一方の第1タイミングギヤ361Aと噛み合うように設けられており、第2駆動ギヤ366は、1対の第2タイミングギヤ362のうちの一方の第2タイミングギヤ362Aと噛み合うように設けられている。さらに、駆動軸367は、第1駆動ギヤ365と第2駆動ギヤ366とを回転可能に支持する。この駆動軸367は、サイドカバー380に設けられたベアリング368と、ベアリング・ギヤ室373に設けられたベアリング368とにより支持されている。また、ベアリング・ギヤ室373に設けられたベアリング368側の駆動軸367の軸端は、モータ(図示せず。)に接続されている。 Also, the first drive gear 365 is provided so as to mesh with one of the pair of first timing gears 361, the first timing gear 361A, and the second drive gear 366 is provided so as to mesh with the pair of second timing gears. 362 is provided so as to mesh with one of the second timing gears 362A. Furthermore, the drive shaft 367 rotatably supports the first drive gear 365 and the second drive gear 366 . The drive shaft 367 is supported by a bearing 368 provided in the side cover 380 and a bearing 368 provided in the bearing/gear chamber 373 . The shaft end of the drive shaft 367 on the bearing 368 side provided in the bearing/gear chamber 373 is connected to a motor (not shown).

上述したように、本実施形態では、ロータ321の直径D1が、ロータ331の直径D2よりも大きい。したがって、上述した移動容積比を1より大きくする(R>1とする)ためには、1段目のロータ321の回転数が2段目のロータ331の回転数と同じでよい。言い換えると、1段目のロータ321の回転速度を2段目のロータ331の回転速度と同じ速さにすることができる。そこで、ポンプ300では、1段目のロータ321の回転数が2段目のロータ331の回転数と同じになるように、第1タイミングギヤ361、第2タイミングギヤ362、第1駆動ギヤ365および第2駆動ギヤ366の歯数が設定される。例えば、駆動軸367の回転速度から回転軸322、332の回転速度を減速させる場合には、第1駆動ギヤ365の減速比が第2駆動ギヤ366の減速比と等しくなるように、第1タイミングギヤ361、第2タイミングギヤ362、第1駆動ギヤ365および第2駆動ギヤ366の歯数を設定すればよい。ここでの「減速比」は、第1実施形態と同様である。この場合、第1駆動ギヤ365の歯数と第1タイミングギヤ361の歯数との比率(=第1タイミングギヤ361の歯数/第1駆動ギヤ365の歯数)が、第2駆動ギヤ366の歯数と第2タイミングギヤ362の歯数との比率(=第2タイミングギヤ362の歯数/第2駆動ギヤ366の歯数)と等しければよい。一方、駆動軸367の回転速度から回転軸322、332の回転速度を増速させる場合や同等の場合であっても、1段目のロータ321の回転数が、2段目のロータ331の回転数と等しくなるように、第1駆動ギヤ365および第2駆動ギヤ366の歯数が設定されれば差し支えない。なお、各ロータ321、331の直径をどの程度とするかは、所望の風量および移動容積比Rが得られるように適宜決定すればよい。 As described above, the diameter D1 of the rotor 321 is larger than the diameter D2 of the rotor 331 in this embodiment. Therefore, in order to make the movement volume ratio greater than 1 (R Q >1), the rotation speed of the rotor 321 in the first stage may be the same as the rotation speed of the rotor 331 in the second stage. In other words, the rotational speed of the rotor 321 in the first stage can be made the same as the rotational speed of the rotor 331 in the second stage. Therefore, in the pump 300, the first timing gear 361, the second timing gear 362, the first driving gear 365 and The number of teeth of the second drive gear 366 is set. For example, when reducing the rotation speed of the rotation shafts 322 and 332 from the rotation speed of the drive shaft 367, the first timing is set so that the reduction ratio of the first drive gear 365 is equal to the reduction ratio of the second drive gear 366. The number of teeth of gear 361, second timing gear 362, first drive gear 365 and second drive gear 366 may be set. The "reduction ratio" here is the same as in the first embodiment. In this case, the ratio between the number of teeth of the first driving gear 365 and the number of teeth of the first timing gear 361 (=the number of teeth of the first timing gear 361/the number of teeth of the first driving gear 365) and the number of teeth of the second timing gear 362 (=the number of teeth of the second timing gear 362/the number of teeth of the second drive gear 366). On the other hand, even when the rotation speed of the rotation shafts 322 and 332 is increased from the rotation speed of the drive shaft 367 or in the same case, the rotation speed of the rotor 321 in the first stage is equal to the rotation speed of the rotor 331 in the second stage. The number of teeth of the first drive gear 365 and the number of teeth of the second drive gear 366 may be set to be equal to the number of teeth. The diameters of the rotors 321 and 331 may be appropriately determined so as to obtain the desired air volume and movement volume ratio RQ .

<冷却機構>
図14に示すように、本実施形態に係るケーシング310にも、中間吐出口315および本実施形態に係る第1冷却ガス導入口の一例としての中間逆流冷却ガス導入口316(以下、単に「冷却ガス導入口316」と記載する。)が設けられる。中間吐出口315および冷却ガス導入口316は、それぞれ、第1実施形態に係る中間吐出口115および冷却ガス導入口116と同じ構成、機能および作用効果を有する。また、本実施形態に係る冷却部の一例としての冷却器1が、中間吐出口315および冷却ガス導入口316と接続される。また、冷却器1には、逆止弁3も接続される。
<Cooling mechanism>
As shown in FIG. 14, the casing 310 according to this embodiment also has an intermediate discharge port 315 and an intermediate backflow cooling gas introduction port 316 (hereinafter simply referred to as “cooling gas introduction port”) as an example of a first cooling gas introduction port according to this embodiment. A gas inlet port 316” is provided. The intermediate outlet 315 and the cooling gas inlet 316 have the same configuration, function and effect as the intermediate outlet 115 and the cooling gas inlet 116 according to the first embodiment, respectively. A cooler 1 as an example of the cooling unit according to the present embodiment is connected to the intermediate discharge port 315 and the cooling gas introduction port 316 . A check valve 3 is also connected to the cooler 1 .

<第2冷却ガス導入口>
図14に示すように、本実施形態に係るケーシング310にも、第1実施形態に係る冷却ガス導入口317と同じ構成、機能および作用効果を有する逆流冷却ガス導入口317が設けられる。
<Second cooling gas inlet>
As shown in FIG. 14, a casing 310 according to the present embodiment is also provided with a backflow cooling gas introduction port 317 having the same configuration, function and effect as the cooling gas introduction port 317 according to the first embodiment.

<その他の構成>
その他、本実施形態のポンプ300は、ケーシング310とベアリング・ギヤ室373との間、および、ケーシング310とベアリング室374との間に、中間室として、サイドカバー380を有している。このサイドカバー380は、第1実施形態に係るサイドカバー180と実質的に同じ構成および機能を有する。また、ポンプ300にも、第1実施形態に係るポンプ100と同様のシール機構および軸封機構が設けられている。
<Other configurations>
In addition, the pump 300 of this embodiment has side covers 380 as intermediate chambers between the casing 310 and the bearing/gear chamber 373 and between the casing 310 and the bearing chamber 374 . This side cover 380 has substantially the same configuration and function as the side cover 180 according to the first embodiment. Further, the pump 300 is also provided with the same sealing mechanism and shaft sealing mechanism as the pump 100 according to the first embodiment.

(多段ルーツ式ポンプの動作)
続いて、上述した構成を有するポンプ300の駆動方法を述べる。なお、ポンプ300によるガスの圧縮方法およびガスの冷却方法は、上述した第1実施形態のポンプ100と同様である。
(Operation of multistage roots pump)
Next, a method for driving the pump 300 having the configuration described above will be described. The gas compression method and gas cooling method by the pump 300 are the same as those of the pump 100 of the first embodiment described above.

図13~図15に示すように、駆動軸367に支持された第1駆動ギヤ365および第2駆動ギヤ366が同じ方向に回転駆動する。次いで、1対の第1タイミングギヤ361A、361Bのうち、第1駆動ギヤ365と噛み合う一方の第1タイミングギヤ361Aが、第1駆動ギヤ365とは反対方向に回転する。このときの第1タイミングギヤ361Aの回転数は、第1駆動ギヤ365の回転数から、第1駆動ギヤ365の歯数と第1タイミングギヤ361Aの歯数との比から算出される減速比(第1タイミングギヤ361Aの歯数/第1駆動ギヤ365の歯数)で減速された回転数となる。また、第1タイミングギヤ361Aと噛み合う他方の第1タイミングギヤ361Bは、第1タイミングギヤ361Aの歯数と同じ歯数であるため、第1タイミングギヤ361Aと反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ321、321は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ321、321の回転により、吸込口311付近のガスが、吸込口311からケーシング310内に吸い込まれた(図14の矢印Gs)後に、ロータ321により圧縮されて中間位置に吐き出される(図14の矢印Gm)。 As shown in FIGS. 13 to 15, a first drive gear 365 and a second drive gear 366 supported by a drive shaft 367 are rotationally driven in the same direction. Next, of the pair of first timing gears 361A and 361B, one of the first timing gears 361A meshing with the first drive gear 365 rotates in the opposite direction to the first drive gear 365. As shown in FIG. The rotation speed of the first timing gear 361A at this time is a reduction ratio ( The rotational speed is reduced by the number of teeth of the first timing gear 361A/the number of teeth of the first drive gear 365). Also, the other first timing gear 361B meshing with the first timing gear 361A has the same number of teeth as the first timing gear 361A, so it rotates in the opposite direction to the first timing gear 361A at the same number of revolutions. As a result, the pair of rotors 321, 321 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 321, 321, the gas near the suction port 311 is sucked into the casing 310 through the suction port 311 (arrow Gs in FIG. 14), then compressed by the rotor 321 and discharged to the intermediate position. (arrow Gm in FIG. 14).

同様に、1対の第2タイミングギヤ362A、362Bのうち、第2駆動ギヤ366と噛み合う一方の第2タイミングギヤ362Aが、第2駆動ギヤ366とは反対方向に回転する。このときの第2タイミングギヤ362Aの回転数は、第2駆動ギヤ366の回転数から、第2駆動ギヤ366の歯数と第2タイミングギヤ362Aの歯数との比から算出される減速比(第2タイミングギヤ362Aの歯数/第2駆動ギヤ366の歯数)で減速された回転数となる。また、第2タイミングギヤ362Aと噛み合う他方の第2タイミングギヤ362Bは、第2タイミングギヤ362Aの歯数と同じ歯数であるため、第2タイミングギヤ362Aと互いに反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ331、331は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ331、331の回転により、1段目のロータ321により圧縮されて中間位置に吐き出されたガスが、中間位置から2段目のロータ331に掻き込まれた(図14の矢印Gm)後に、ロータ331により圧縮されて吐出口313から外部に排出される(図14の矢印Gd)。 Similarly, of the pair of second timing gears 362A and 362B, one of the second timing gears 362A meshing with the second drive gear 366 rotates in the opposite direction to the second drive gear 366. The rotation speed of the second timing gear 362A at this time is a reduction ratio ( The rotation speed is reduced by the number of teeth of the second timing gear 362A/the number of teeth of the second drive gear 366). Also, the other second timing gear 362B meshing with the second timing gear 362A has the same number of teeth as the second timing gear 362A, so it rotates in the opposite direction at the same number of rotations as the second timing gear 362A. . As a result, the pair of rotors 331, 331 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 331, 331, the gas compressed by the rotor 321 of the first stage and discharged to the intermediate position is swept into the rotor 331 of the second stage from the intermediate position (arrow in FIG. 14). Gm), it is then compressed by the rotor 331 and discharged to the outside from the discharge port 313 (arrow Gd in FIG. 14).

ここで、本実施形態では、第1駆動ギヤ365および第2駆動ギヤ366が同一の駆動軸367に支持されており、かつ、第1駆動ギヤ365の歯数と第1タイミングギヤ361Aの歯数との比から算出される減速比と、第2駆動ギヤ366の歯数と第2タイミングギヤ362Aの歯数との比から算出される減速比とが等しい。そのため、第1タイミングギヤ361の回転数と、第2タイミングギヤ362の回転数とが等しい。 Here, in this embodiment, the first drive gear 365 and the second drive gear 366 are supported by the same drive shaft 367, and the number of teeth of the first drive gear 365 and the number of teeth of the first timing gear 361A are equal to each other. is equal to the speed reduction ratio calculated from the ratio of the number of teeth of the second drive gear 366 and the number of teeth of the second timing gear 362A. Therefore, the rotation speed of the first timing gear 361 and the rotation speed of the second timing gear 362 are equal.

また、本実施形態では、第1実施形態と同様に、1段目と2段目の間の中間位置に存在するガスが、中間吐出口315からケーシング310の外部に排出され、冷却器1で冷却された後に、ケーシング310の左右両側面に設けられた2箇所の冷却ガス導入口316A、316Bから1段目の圧縮要素内(ロータ321とケーシング310とで囲まれた空間内)に導入される。このとき、中間位置の圧力(中間圧力)Pmは、ロータ321とケーシング310とで囲まれた空間の圧力以上であることから、中間吐出口315から排出されたガスは、冷却器1を通って、循環する。より詳細には、図14の矢印Geに示すように、中間吐出口315から排出されたガスは、冷却器1により冷却され、冷却ガス導入口316から1段目の圧縮要素内、具体的には、1段目のロータ321とケーシング310とで囲まれた領域内(移動容積Qth1部分)に導入された後、再び中間位置に吐出される。そのため、中間位置のガスを排出するブロワ等の装置を別途設けなくても、中間位置のガスは中間吐出口315から常時排出され、冷却器1により冷却されたガスが1段目の圧縮要素内に常時導入される。その結果、1段目の圧縮要素から吐き出されるガスの温度が低下するため、1段目(低圧側)の圧縮要素で圧縮されて温度が上昇したガスが、放熱されずに2段目(高圧側)の圧縮要素に直接吸い込まれることを防止でき、2段目の圧縮要素で圧縮されたガスの著しい温度上昇も抑制できる。 Further, in this embodiment, as in the first embodiment, the gas present in the intermediate position between the first stage and the second stage is discharged from the intermediate discharge port 315 to the outside of the casing 310, and is discharged from the cooler 1. After being cooled, it is introduced into the first-stage compression element (inside the space surrounded by rotor 321 and casing 310) through two cooling gas introduction ports 316A and 316B provided on both left and right sides of casing 310. be. At this time, the pressure at the intermediate position (intermediate pressure) Pm is higher than the pressure in the space surrounded by the rotor 321 and the casing 310, so the gas discharged from the intermediate discharge port 315 passes through the cooler 1 , circulating. More specifically, as indicated by an arrow Ge in FIG. 14, the gas discharged from the intermediate discharge port 315 is cooled by the cooler 1, and is introduced into the compression element at the first stage from the cooling gas introduction port 316. is introduced into the area surrounded by the first stage rotor 321 and the casing 310 (moving volume Qth1 portion), and then discharged to the intermediate position again. Therefore, even if a device such as a blower for discharging the gas at the intermediate position is not separately provided, the gas at the intermediate position is always discharged from the intermediate discharge port 315, and the gas cooled by the cooler 1 is discharged into the first stage compression element. always introduced in As a result, the temperature of the gas discharged from the first-stage compression element decreases, so the gas that has been compressed by the first-stage (low-pressure side) compression element and rises in temperature does not dissipate heat, and the second-stage (high-pressure side) can be prevented from being directly sucked into the compression element of the second stage, and a significant temperature rise of the gas compressed by the second-stage compression element can be suppressed.

さらに、中間圧力Pmが大気圧以上の場合には、逆止弁3が開放され、中間圧力Pmと大気圧との圧力差により、中間位置に存在するガスは、中間吐出口315から、より圧力の低い大気に排出され(図14の矢印Geおよび矢印Gd)、中間圧力Pmが大気圧以下まで下がる。したがって、2段目の圧縮要素(ロータ331)への吸込圧力が小さくなるため、1段目の圧縮要素(ロータ321)への吸込圧力と2段目の圧縮要素(ロータ331)への吸込圧力との差圧ΔP1を小さくすることができる。その結果、ポンプ300を作動するモータの動力を低減できる。特に、ポンプ300が吸込口311に向けてガスを引き始めた段階では、中間圧力Pmが大気圧以上になりやすいため、ガスの引き始めの段階において、特に、モータの動力低減効果が高い。 Furthermore, when the intermediate pressure Pm is equal to or higher than the atmospheric pressure, the check valve 3 is opened, and the pressure difference between the intermediate pressure Pm and the atmospheric pressure causes the gas existing at the intermediate position to be pushed out from the intermediate discharge port 315 to a higher pressure. (arrow Ge and arrow Gd in FIG. 14), and the intermediate pressure Pm drops below the atmospheric pressure. Therefore, since the suction pressure to the second stage compression element (rotor 331) becomes smaller, the suction pressure to the first stage compression element (rotor 321) and the suction pressure to the second stage compression element (rotor 331) can be reduced. As a result, the power of the motor that operates the pump 300 can be reduced. In particular, when the pump 300 starts to draw gas toward the suction port 311, the intermediate pressure Pm tends to be higher than the atmospheric pressure.

本実施形態では、ロータ321の直径D1がロータ331の直径D2よりも大きくなっている。また、第1タイミングギヤ361Aとの間の第1駆動ギヤ365の減速比は、第2タイミングギヤ362Aとの間の第2駆動ギヤ366の減速比と同じになっている。したがって、ロータ321の回転数N1は、ロータ331の回転数N2と同じになる。また、ロータ321の長さL1とロータ331の長さL2とが同じであることから、上述したように、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素との間の移動容積比Rは、1より大きくなる。 In this embodiment, the diameter D1 of the rotor 321 is larger than the diameter D2 of the rotor 331 . Also, the reduction ratio of the first driving gear 365 with respect to the first timing gear 361A is the same as the reduction ratio of the second driving gear 366 with respect to the second timing gear 362A. Therefore, the rotation speed N1 of the rotor 321 is the same as the rotation speed N2 of the rotor 331. FIG. Further, since the length L1 of the rotor 321 and the length L2 of the rotor 331 are the same, as described above, the movement volume ratio RQ between the first stage compression element and the second stage compression element is greater than 1.

[第4実施形態]
次に、図16~図19を参照しながら、本発明の第4実施形態に係る多段ルーツ式ポンプについて詳述する。図16は、本実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの一例としての内装2段ルーツ式ポンプ400(以下、「ポンプ400」と省略して記載する。)の全体構成を示す部分断面図である。図17、図18および図19は、それぞれ、図16のXVII-XVII線、XVIII-XVIII線およびXIX-XIX線で切断した断面図である。上述した第1~第3実施形態のポンプ100、200、300は、2段の圧縮要素を有する2段ルーツ式ポンプの例であったが、本実施形態に係るポンプ400は、3段の圧縮要素を有する3段ルーツ式ポンプの例である。ここで、1段目(最も低圧側)の圧縮要素と2段目(中間)の圧縮要素との関係は、第1実施形態に係るポンプ100の1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素の関係と同様であり、2段目(中間)の圧縮要素と3段目(最も高圧側)の圧縮要素との関係は、第2実施形態に係るポンプ200の1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素の関係と同様である。なお、以下では、上述した実施形態と重複する説明を適宜省略する。
[Fourth embodiment]
Next, a multistage roots pump according to a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 16 to 19. FIG. FIG. 16 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of an internal two-stage roots-type pump 400 (hereinafter abbreviated as "pump 400") as an example of a multi-stage roots-type pump according to the present embodiment. 17, 18 and 19 are cross-sectional views taken along lines XVII-XVII, XVIII-XVIII and XIX-XIX of FIG. 16, respectively. Although the pumps 100, 200, and 300 of the first to third embodiments described above are examples of two-stage Roots pumps having two-stage compression elements, the pump 400 according to the present embodiment has three-stage compression. 3 is an example of a three-stage roots-type pump with elements. Here, the relationship between the first stage (lowest pressure side) compression element and the second stage (intermediate) compression element is the first stage compression element and the second stage compression element of the pump 100 according to the first embodiment. The relationship between the second stage (intermediate) compression element and the third stage (highest pressure side) compression element is the same as that of the first stage compression element of the pump 200 according to the second embodiment. The relationship is the same as that of the second-stage compression element. In addition, below, the description which overlaps with embodiment mentioned above is abbreviate|omitted suitably.

(多段ルーツ式ポンプの構成)
図16~図19に示すように、ポンプ400は、回転圧縮機の一種である3段ルーツ式ポンプであり、ケーシング410と、3段(3組)の圧縮要素と、駆動機構と、冷却機構とを主に備える。
(Configuration of multistage roots pump)
As shown in FIGS. 16 to 19, the pump 400 is a three-stage roots pump, which is a type of rotary compressor, and includes a casing 410, three stages (three sets) of compression elements, a drive mechanism, and a cooling mechanism. and

<ケーシング>
ケーシング410の構成および機能は、第1実施形態に係るケーシング110と同様である。
<Casing>
The configuration and function of the casing 410 are similar to those of the casing 110 according to the first embodiment.

ここで、ケーシング410は、同じ段の圧縮要素が有する2本の回転軸422、422を含む仮想平面、2本の回転軸432、432を含む仮想平面、または、2本の回転軸442、442を含む仮想平面の法線方向に沿って、3段の圧縮要素が並列配置されるように圧縮要素を収容する。このように、本実施形態では、回転軸422、432、442の軸方向に対して並列に配置された複数段の圧縮要素が単一のケーシング410に内装されており、各圧縮要素を接続する外部の配管や内部のガス流路などは特に設けられていない。そのため、1段目の圧縮要素で圧縮されて吐き出されたガスは、2段目の圧縮要素に直接(そのまま)吸い込まれて圧縮された後に吐き出され、さらに、3段目の圧縮要素に直接(そのまま)吸い込まれる。したがって、3段ルーツ式ポンプの各圧縮要素により圧縮されたガスの温度上昇は、2段ルーツ式ポンプの場合と比べ、ガスの温度上昇の問題はさらに深刻となる。そこで、本実施形態では、詳しくは後述するように、1段目と2段目の間の中間位置に存在するガスの冷却だけでなく、2段目と3段目の間の中間位置に存在するガスの冷却も実施される。 Here, the casing 410 is a virtual plane containing the two rotating shafts 422, 422 of the compression elements of the same stage, a virtual plane containing the two rotating shafts 432, 432, or two rotating shafts 442, 442 Compression elements are accommodated so that three stages of compression elements are arranged in parallel along the normal direction of a virtual plane including . Thus, in this embodiment, multiple stages of compression elements arranged in parallel with respect to the axial direction of the rotating shafts 422, 432, and 442 are housed in a single casing 410, and the compression elements are connected. No external piping or internal gas passages are provided. Therefore, the gas compressed by the first-stage compression element and discharged is directly sucked (as it is) into the second-stage compression element, compressed and then discharged, and then directly ( as it is) sucked in. Therefore, the temperature rise of the gas compressed by each compression element of the three-stage roots type pump is more serious than that of the two-stage roots type pump. Therefore, in the present embodiment, as will be described later in detail, not only the cooling of the gas existing in the intermediate position between the first and second stages but also the cooling of the gas existing in the intermediate position between the second and third stages is performed. Cooling of the gas is also performed.

<圧縮要素>
本実施形態の圧縮要素としては、単一のケーシング410内に、吸込口411側に位置する1段目(低圧側)の圧縮要素と、吐出口413側に位置する3段目(高圧側)の圧縮要素と、1段目と3段目の間に配置される2段目(中間)の圧縮要素の、3段の圧縮要素とが設けられている。3段の圧縮要素間には、仕切り板等は設けられておらず、複数の圧縮要素が、一体のケーシング410内に単一の段群として設けられている。各段の圧縮要素は、1対のロータと、当該1対のロータを支持する2本の回転軸と、をそれぞれ独立に有する。具体的には、本実施形態では、1段目の圧縮要素は、1対のロータ421、421と、2本の回転軸422、422とを有する。2段目の圧縮要素は、1対のロータ431、431と、2本の回転軸432、432とを有する。3段目の圧縮要素は、1対のロータ441、441と、2本の回転軸442、442とを有する。
<Compression element>
As the compression element of this embodiment, a first stage (low pressure side) compression element located on the suction port 411 side and a third stage (high pressure side) compression element located on the discharge port 413 side are provided in the single casing 410. and a second-stage (intermediate) compression element disposed between the first-stage and third-stage compression elements. No partition plate or the like is provided between the three stages of compression elements, and a plurality of compression elements are provided as a single stage group within the integral casing 410 . Each stage compression element independently has a pair of rotors and two rotary shafts that support the pair of rotors. Specifically, in this embodiment, the first-stage compression element has a pair of rotors 421 and 421 and two rotating shafts 422 and 422 . The second stage compression element has a pair of rotors 431 and 431 and two rotating shafts 432 and 432 . The third stage compression element has a pair of rotors 441 and 441 and two rotating shafts 442 and 442 .

図17に示すように、ロータ421は、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部421a、421b、421cを有する形状である。また、各突出部421a、421b、421cの間には、凹部421dが設けられている。同様に、ロータ431も、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部431a、431b、431cを有する形状である。また、各突出部431a、431b、431cの間には、凹部431dが設けられている。同様に、ロータ441も、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部441a、441b、441cを有する形状である。また、各突出部441a、441b、441cの間には、凹部441dが設けられている。 As shown in FIG. 17, the rotor 421 is a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped to have three protruding portions 421a, 421b, 421c radially protruding from the center of rotation. In addition, recesses 421d are provided between the protrusions 421a, 421b, and 421c. Similarly, the rotor 431 is also a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped to have three pieces of projections 431a, 431b, 431c projecting radially from the center of rotation. Further, recesses 431d are provided between the protrusions 431a, 431b, and 431c. Similarly, the rotor 441 is also a three-lobed rotor, and its rotor profile is shaped with three pieces of projections 441a, 441b, 441c projecting radially from the center of rotation. Further, recesses 441d are provided between the protrusions 441a, 441b, and 441c.

1対のロータ421、421は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸422、422は、1対のロータ421、421を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸422、422は、2つのベアリング423、423により支持されている。同様に、1対のロータ431、431は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸432、432は、1対のロータ431、431を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸432、432は、2つのベアリング433、433により支持されている。同様に、1対のロータ441、441も、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸442、442は、1対のロータ441、441を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸442、442は、2つのベアリング443、443により支持されている。さらに、本実施形態では、回転軸422と回転軸432と回転軸442とが、互いに平行となるように配置される。なお、以下、必要に応じて、ロータ431、441について、ロータ421と重複する説明を省略し、ロータ421の内容を適宜読み替えるものとする。 The pair of rotors 421, 421 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 422, 422 rotatably support a pair of rotors 421, 421 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 422 , 422 are supported by two bearings 423 , 423 . Similarly, a pair of rotors 431, 431 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 432, 432 rotatably support a pair of rotors 431, 431 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 432 , 432 are supported by two bearings 433 , 433 . Similarly, a pair of rotors 441, 441 are also provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 442, 442 rotatably support a pair of rotors 441, 441 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 442 , 442 are supported by two bearings 443 , 443 . Furthermore, in this embodiment, the rotating shaft 422, the rotating shaft 432, and the rotating shaft 442 are arranged so as to be parallel to each other. In the following description, the description of the rotors 431 and 441 overlapping with that of the rotor 421 will be omitted as necessary, and the contents of the rotor 421 will be read appropriately.

1対のロータ421、421同士およびロータ421とケーシング410の内面410aとが接触しないように、各々のロータ421、421同士の間および突出部421a、421b、421cの先端(葉端)とケーシング410の内面410aと間には、わずかなすき間ができるように、ロータ421が配置される。このすき間の大きさについては、第1実施形態と同様である。各々のロータ421、421は、後述するタイミングギヤ461A、461Bにより回転位相が維持されており、ロータ421の断面形状は、例えば、いわゆるインボリュート曲線となっているため、上記のわずかなすき間、すなわち、シールされた状態を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。同様に、ロータ431は、対となるロータ431およびケーシング410の内面410dとの間にわずかなすき間ができるように配置される。また、1対のロータ431、431は、わずかなすき間を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。同様に、ロータ441は、対となるロータ441およびケーシング410の内面410gとの間にわずかなすき間ができるように配置される。また、1対のロータ441、441は、わずかなすき間を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。その他、ロータ421、431、441の構成および機能は、上述した各実施形態に係るロータの構成および機能と同様である。 Between the rotors 421 and 421 and the tips (leaf ends) of the projections 421a, 421b, and 421c and the casing 410 are arranged so that the pair of rotors 421 and 421 and the rotor 421 and the inner surface 410a of the casing 410 do not come into contact with each other. A rotor 421 is arranged with a small gap between the inner surface 410a of the . The size of this gap is the same as in the first embodiment. Rotation phases of the rotors 421 and 421 are maintained by timing gears 461A and 461B, which will be described later, and the cross-sectional shape of the rotor 421 is, for example, a so-called involute curve. They can rotate in opposite directions without touching each other while remaining sealed. Similarly, the rotor 431 is arranged so that a slight gap is formed between the paired rotor 431 and the inner surface 410 d of the casing 410 . Also, the pair of rotors 431, 431 can rotate in opposite directions while maintaining a small gap without coming into contact with each other. Similarly, the rotor 441 is arranged so that a slight gap is formed between the paired rotor 441 and the inner surface 410 g of the casing 410 . Also, the pair of rotors 441, 441 can rotate in opposite directions while maintaining a small gap without coming into contact with each other. Other configurations and functions of the rotors 421, 431, and 441 are the same as those of the rotors according to the above-described embodiments.

ポンプ400では、1段目の圧縮要素であるロータ421、回転軸422等と、2段目の圧縮要素であるロータ431、回転軸432等と、3段目の圧縮要素であるロータ441、回転軸442等と、は、単一のケーシング410内において、同じ段の2本の回転軸422、422(または2本の回転軸432、432、または2本の回転軸442、442)を含む仮想の平面の法線方向に沿って、並列に配置されている。すなわち、1段目のロータ421と2段目のロータ431と3段目のロータ441とは、それぞれ、別の軸に支持されており、かつ、同じ段の2本の回転軸が互いに平行で、かつ、異なる段の2本の回転軸も互いに平行に配置される。換言すると、ガスの吸込口411、1段目のロータ421、2段目のロータ431、3段目のロータ441および吐出口413が、鉛直方向に沿って並んで配置される。したがって、ガスが吸込口411からケーシング410内に導入されると(図17の矢印Gs)、鉛直下方に進み、ロータ421により圧縮された後に、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素の中間に進む(図17の矢印Gm1)。ロータ421により圧縮されたガスは、さらに鉛直下方に進み、2段目のロータ431により圧縮された後に、2段目の圧縮要素と3段目の圧縮要素の中間に進む(図17の矢印Gm2)。ロータ431により圧縮されたガスは、さらに鉛直下方に進み、3段目のロータ441により圧縮された後に、そのまま吐出口413からケーシング410外に排出される(図17の矢印Gd)。 In the pump 400, a rotor 421, a rotating shaft 422, etc., which are first-stage compression elements, a rotor 431, a rotating shaft 432, etc., which are second-stage compression elements, and a rotor 441, which is a third-stage compression element, are rotated. Axes 442, etc. are virtual shafts that include two rotary shafts 422, 422 (or two rotary shafts 432, 432, or two rotary shafts 442, 442) of the same stage in a single casing 410. are arranged in parallel along the normal direction of the plane of That is, the rotor 421 of the first stage, the rotor 431 of the second stage, and the rotor 441 of the third stage are each supported by different shafts, and the two rotation shafts of the same stage are parallel to each other. and the two rotating shafts of different stages are also arranged parallel to each other. In other words, the gas suction port 411, the first rotor 421, the second rotor 431, the third rotor 441, and the gas discharge port 413 are arranged vertically. Therefore, when the gas is introduced into the casing 410 from the suction port 411 (arrow Gs in FIG. 17), it travels vertically downward, is compressed by the rotor 421, and then passes through the first stage compression element and the second stage compression element. (arrow Gm1 in FIG. 17). The gas compressed by the rotor 421 further advances vertically downward, and after being compressed by the second-stage rotor 431, advances between the second-stage compression element and the third-stage compression element (arrow Gm2 in FIG. 17). ). The gas compressed by the rotor 431 further travels vertically downward, and after being compressed by the third-stage rotor 441, is directly discharged outside the casing 410 through the discharge port 413 (arrow Gd in FIG. 17).

このように、本実施形態に係るポンプ400によれば、単一のケーシング410内において、1段目のロータ421と2段目のロータ431と3段目のロータ441とが別の軸上に並列に配置されている。そのため、1段目の圧縮要素(ロータ421)と2段目の圧縮要素(ロータ431)との間、および、2段目の圧縮要素(ロータ431)と3段目の圧縮要素(ロータ441)との間に仕切りを設けなくても、ロータ421、431、441の配置自体で、3段の圧縮要素のポンプ作動領域に分けることができる。また、直列内装型多段ルーツ式ポンプの場合には、3段のロータを有する場合、ロータ3つ分以上の回転軸の長さが必要となるが、ポンプ400では、ロータ421とロータ431とロータ441とが別軸上に並列に配置されているため、ロータの回転軸の長さは、ロータ1つ分程度の長さで足りる。したがって、回転軸422、432、442やケーシング410の剛性の低下を抑制できる。特に、ポンプ400を大風量化するためにロータ421、431、441の長さを長くしたとしても剛性が低下したりすることがないため、大風量化が容易となる。さらに、1段目と2段目と3段目のポンプ作動領域間で、寸法の精度や位置合わせの精度がそれ程高くなくても、組立上およびポンプ400の性能上支障がない範囲で収まるため、それほど高い加工精度および組立精度は求められない。ここで、3段以上の圧縮要素を有する多段ルーツ式ポンプでは、回転軸およびケーシングの剛性低下、大風量化の困難性、高い加工精度および組立精度の必要性などの問題が、2段ルーツ式ポンプの場合よりもさらに深刻なものとなる。このような場合に、本実施形態に係るポンプ400によれば、上記の問題が全て解決されるため、複数の圧縮要素を別の軸上に並列配置するメリットが大きい。 Thus, according to the pump 400 according to the present embodiment, the rotor 421 of the first stage, the rotor 431 of the second stage, and the rotor 441 of the third stage are arranged on different axes in the single casing 410. arranged in parallel. Therefore, between the first-stage compression element (rotor 421) and the second-stage compression element (rotor 431), and between the second-stage compression element (rotor 431) and the third-stage compression element (rotor 441) The arrangement of the rotors 421, 431, and 441 itself can divide the pump operation regions of the three-stage compression elements without providing a partition between them. In addition, in the case of a series-internal multistage roots pump, if it has three stages of rotors, the length of the rotating shaft is required to be equal to or longer than three rotors. 441 are arranged in parallel on different shafts, the length of the rotation shaft of the rotor is sufficient for about one rotor. Therefore, a decrease in rigidity of the rotating shafts 422, 432, 442 and the casing 410 can be suppressed. In particular, even if the lengths of the rotors 421, 431, and 441 are lengthened in order to increase the air volume of the pump 400, the rigidity does not decrease, which facilitates increasing the air volume. Furthermore, even if the dimensional accuracy and positioning accuracy are not so high between the pump operating regions of the first stage, the second stage, and the third stage, they are within a range that does not hinder the assembly and the performance of the pump 400 . , so high machining accuracy and assembly accuracy are not required. Here, multi-stage roots type pumps having three or more stages of compression elements have problems such as reduced rigidity of the rotating shaft and casing, difficulty in increasing air volume, and the need for high machining and assembly accuracy. It becomes even more serious than in the case of pumps. In such a case, the pump 400 according to the present embodiment solves all of the above problems, and therefore has a great advantage in arranging a plurality of compression elements in parallel on separate shafts.

また、後述するように、1段目のロータ421の長さL1と、2段目のロータ431の長さL2とを同じ長さにできる。したがって、本実施形態のポンプ400によれば、1段目のロータ421と2段目のロータ431に同じロータ(形状および大きさが同じロータ)を使用できるので、部品の種類が減らせるというメリットがある。その結果、生産効率の向上やコストの削減につながる。 Further, as will be described later, the length L1 of the rotor 421 of the first stage and the length L2 of the rotor 431 of the second stage can be the same length. Therefore, according to the pump 400 of the present embodiment, the same rotors (rotors having the same shape and size) can be used for the first stage rotor 421 and the second stage rotor 431, so there is an advantage that the types of parts can be reduced. There is As a result, it leads to improvement of production efficiency and reduction of cost.

<移動容積比>
本実施形態のポンプ400では、別の回転軸上に並列に配置された1段目の圧縮要素(ロータ421)と2段目の圧縮要素(ロータ431)との間において、下記式(1)で表される移動容積比Rが1より大きい。
=Qth/Qth ・・・(1)
<Transfer volume ratio>
In the pump 400 of this embodiment, between the first-stage compression element (rotor 421) and the second-stage compression element (rotor 431) arranged in parallel on separate rotating shafts, the following formula (1) is greater than 1;
RQ = QthL / QthH (1)

ただし、1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2を求める場合、式(1)において、Qthは、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素のうち低圧側の圧縮要素(本実施形態では1段目の圧縮要素)の移動容積であり、Qthは、高圧側の圧縮要素(本実施形態では2段目の圧縮要素)の移動容積である。 However, when obtaining the displacement volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage, in equation (1), Qth L is the low pressure side of the first stage compression element and the second stage compression element. is the displacement volume of the compression element (in this embodiment, the first stage compression element), and Qth H is the displacement volume of the high pressure side compression element (in this embodiment, the second stage compression element).

ここで、本実施形態における移動容積Qthとは、いわゆる押しのけ量のことであり、回転数Nに比例した、ケーシング410とロータ421、ロータ431またはロータ441とで囲まれた空間の時間当たりの理論容積である。すなわち、移動容積Qth(m/min)は、以下の式(2)で表される。
Qth=Vth(m/rev)×N(min-1
=A(m/rev)×L(m)×N(min-1) ・・・(2)
Here, the movement volume Qth in the present embodiment is a so-called displacement amount, which is proportional to the number of rotations N, and is the theoretical amount per hour of the space surrounded by the casing 410 and the rotor 421, the rotor 431, or the rotor 441. Volume. That is, the movement volume Qth (m 3 /min) is represented by the following formula (2).
Qth=Vth(m 3 /rev)×N(min −1 )
=A (m 2 /rev) x L (m) x N (min -1 ) (2)

ただし、式(2)において、Vthは、押しのけ容積であり、Nは、ロータの回転数であり、Aは、1回転当たりの移動面積であり、Lは、ロータの長さである。移動面積Aは、押しのけ容積Vtの回転軸422、432、442に垂直な断面における断面積である。 where, in equation (2), Vth is the displacement, N is the number of rotations of the rotor, A is the moving area per revolution, and L is the length of the rotor. The area of movement A is the cross-sectional area of the displacement volume Vt in a cross-section perpendicular to the rotation axes 422, 432, 442.

本実施形態のポンプ400における1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2は、以下のようにして計算される。まず、1段目のロータ421を例に挙げると、左右1対のロータ421、421が1回転する毎に、それぞれ、ガスの吸い込みと吐き出しが6回(左側のロータ421と右側のロータ421とで、それぞれ3回ずつ)繰り返される。2段目のロータ431についても同様である。ここで、図17に示すように、ロータ421の2片の突出部(例えば、突出部421aと突出部421b)とケーシング410の内面410aとで囲まれる空間の回転軸422に垂直な断面の断面積をS1とすると、1段目(低圧側)の圧縮要素の移動面積A1は、A1=6×S1となる。同様に、ロータ431の2片の突出部(例えば、突出部431bと突出部431c)とケーシング410の内面410dとで囲まれる空間の回転軸432に垂直な断面の断面積をS2とすると、2段目(高圧側)の圧縮要素の移動面積A2は、A2=6×S2となる。以上より、1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2は、下記式(3)で表される。 The displacement volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage in the pump 400 of this embodiment is calculated as follows. First, taking the first stage rotor 421 as an example, each time the pair of left and right rotors 421, 421 rotates, gas is sucked and discharged six times (the left rotor 421 and the right rotor 421 each rotate 6 times). and 3 times each) is repeated. The same applies to the second stage rotor 431 . Here, as shown in FIG. 17, a section of a cross section perpendicular to the rotating shaft 422 of the space surrounded by the two protrusions (for example, the protrusion 421a and the protrusion 421b) of the rotor 421 and the inner surface 410a of the casing 410 is taken. Assuming that the area is S1, the moving area A1 of the first stage (low pressure side) compression element is A1=6×S1. Similarly, if S2 is the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the rotation axis 432 of the space surrounded by the two protrusions (for example, the protrusion 431b and the protrusion 431c) of the rotor 431 and the inner surface 410d of the casing 410, then 2 The moving area A2 of the compression element on the stage (high pressure side) is A2=6×S2. From the above, the movement volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage is expressed by the following formula (3).

Figure 0007179315000008
Figure 0007179315000008

ただし、式(3)において、Qth1は1段目の圧縮要素の移動容積、Qth2は2段目の圧縮要素の移動容積、N1は1段目のロータ421の回転数、N2は2段目のロータ431の回転数を表す。ここで、ロータ421とロータ431の直径および形状は同一である。したがって、1段目の移動面積A1と2段目の移動面積A2は等しい。また、図16に示すように、ロータ421の長さL1とロータ431の長さL2は等しい。よって、上記式(3)は、以下の式(3-1)のように書き替えられる。 However, in equation (3), Qth1 is the movement volume of the first stage compression element, Qth2 is the movement volume of the second stage compression element, N1 is the rotation speed of the first stage rotor 421, N2 is the second stage It represents the rotation speed of the rotor 431 . Here, rotors 421 and 431 have the same diameter and shape. Therefore, the moving area A1 of the first stage is equal to the moving area A2 of the second stage. Also, as shown in FIG. 16, the length L1 of the rotor 421 and the length L2 of the rotor 431 are equal. Therefore, the above formula (3) can be rewritten as the following formula (3-1).

Figure 0007179315000009
Figure 0007179315000009

したがって、本実施形態では、1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2を1より大きくするためには、1段目のロータ421の回転数N1を2段目のロータ431の回転数N2よりも高くすればよい(N1>N2)。このように、本実施形態の1段目と2段目の間では、1段目の圧縮要素の回転数N1と2段目の圧縮要素の回転数N2の回転数比(N1/N2)により、1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2が決定される。これにより、1段目のロータ421の長さL1と2段目のロータ431の長さL2とを同一にできるので、1段目のロータ421と2段目のロータ431とをポンプ400の部品として共通化できる。 Therefore, in this embodiment, in order to make the moving volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage greater than 1, the rotational speed N1 of the first stage rotor 421 is set to should be higher than the rotational speed N2 of (N1>N2). Thus, between the first stage and the second stage in this embodiment, the number of revolutions N1 of the first stage compression element and the number of revolutions N2 of the second stage compression element (N1/N2) , the displacement volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage is determined. As a result, the length L1 of the rotor 421 in the first stage and the length L2 of the rotor 431 in the second stage can be made the same, so that the rotor 421 in the first stage and the rotor 431 in the second stage can be used as components of the pump 400. can be standardized as

また、ポンプ400では、別の回転軸上に並列に配置された2段目の圧縮要素(ロータ431)と3段目の圧縮要素(ロータ441)との間においても、上記式(1)で表される移動容積比Rが1より大きい。 Further, in pump 400, between the second-stage compression element (rotor 431) and the third-stage compression element (rotor 441) arranged in parallel on separate rotating shafts, the above equation (1) The represented transfer volume ratio RQ is greater than one.

ただし、2段目と3段目の間の移動容積比RQ2-3を求める場合、式(1)において、Qthは、2段目の圧縮要素と3段目の圧縮要素のうち低圧側の圧縮要素(本実施形態では2段目の圧縮要素)の移動容積であり、Qthは、高圧側の圧縮要素(本実施形態では3段目の圧縮要素)の移動容積である。 However, when obtaining the movement volume ratio R Q2-3 between the second stage and the third stage, Qth L in the equation (1) is the low pressure side of the second stage compression element and the third stage compression element. and Qth H is the displacement of the high-pressure side compression element (the third-stage compression element in the present embodiment).

上述したように、移動容積Qth(m/min)は、上記式(2)で表される。したがって、本実施形態のポンプ400における2段目と3段目の間の移動容積比RQ2-3は、以下のようにして計算される。まず、2段目のロータ431を例に挙げると、左右1対のロータ431、431が1回転する毎に、それぞれ、ガスの吸い込みと吐き出しが6回(左側のロータ431と右側のロータ431とで、それぞれ3回ずつ)繰り返される。3段目のロータ441についても同様である。ここで、上述したように、2段目(中間)の圧縮要素の移動面積A2は、A2=6×S2となる。同様に、ロータ441の2片の突出部(例えば、突出部441bと突出部441c)とケーシング410の内面410gとで囲まれる空間の回転軸442に垂直な断面の断面積をS3とすると、3段目(高圧側)の圧縮要素の移動面積A3は、A3=6×S3となる。以上より、2段目と3段目の間の移動容積比RQ2-3は、下記式(5)で表される。 As described above, the movement volume Qth (m 3 /min) is represented by the above formula (2). Therefore, the displacement volume ratio R Q2-3 between the second stage and the third stage in the pump 400 of this embodiment is calculated as follows. First, taking the second-stage rotor 431 as an example, each time the pair of left and right rotors 431, 431 rotates, gas is sucked and discharged six times (the left rotor 431 and the right rotor 431 each rotate 6 times). and 3 times each) is repeated. The same applies to the third stage rotor 441 . Here, as described above, the moving area A2 of the second stage (intermediate) compression element is A2=6×S2. Similarly, if S3 is the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the rotating shaft 442 of the space surrounded by the two protruding portions of the rotor 441 (for example, the protruding portion 441b and the protruding portion 441c) and the inner surface 410g of the casing 410, then 3 The moving area A3 of the compression element on the stage (high pressure side) is A3=6×S3. From the above, the movement volume ratio R Q2-3 between the second stage and the third stage is expressed by the following formula (5).

Figure 0007179315000010
Figure 0007179315000010

ただし、式(5)において、Qth2は2段目の圧縮要素の移動容積、Qth3は3段目の圧縮要素の移動容積、N2は2段目のロータ431の回転数、N3は3段目のロータ441の回転数を表す。ここで、本実施形態のポンプ400では、2段目のロータ431の長さL2が、3段目のロータ441の長さL3と異なる。そのため、ポンプ400の2段目と3段目との関係では、1段目と2段目との関係のように、2段目のロータ431と3段目のロータ441に同じロータ(形状および大きさが同じロータ)を使用できるというメリットは享受できない。一方、2段目のロータ431の長さL2が、3段目のロータ441の長さL3よりも長くなっていることから(L2>L3)、2段目のロータ431の回転数N2と、3段目のロータ441の回転数N3を同じ(すなわち、N2=N3)としても、移動容積比RQ2-3を1以上にできる。 However, in equation (5), Qth2 is the movement volume of the second-stage compression element, Qth3 is the movement volume of the third-stage compression element, N2 is the rotation speed of the second-stage rotor 431, and N3 is the third-stage It represents the rotation speed of the rotor 441 . Here, in the pump 400 of this embodiment, the length L2 of the rotor 431 of the second stage differs from the length L3 of the rotor 441 of the third stage. Therefore, in the relationship between the second stage and the third stage of the pump 400, the same rotor (shape and The advantage of being able to use rotors of the same size cannot be enjoyed. On the other hand, since the length L2 of the second-stage rotor 431 is longer than the length L3 of the third-stage rotor 441 (L2>L3), the rotational speed N2 of the second-stage rotor 431 and Even if the rotation speed N3 of the third-stage rotor 441 is the same (that is, N2=N3), the displacement volume ratio R Q2-3 can be 1 or more.

なお、ポンプ400において、ロータ431とロータ441の直径および形状は同一である。したがって、2段目の移動面積A2と3段目の移動面積A3は等しい。また、ロータ431の回転数N2とロータ441の回転数N3とは等しい。よって、上記式(5)は、以下の式(5-1)のように書き替えられる。 In pump 400, rotors 431 and 441 have the same diameter and shape. Therefore, the moving area A2 of the second stage is equal to the moving area A3 of the third stage. Further, the rotational speed N2 of the rotor 431 and the rotational speed N3 of the rotor 441 are equal. Therefore, the above formula (5) can be rewritten as the following formula (5-1).

Figure 0007179315000011
Figure 0007179315000011

したがって、本実施形態では、2段目と3段目の間の移動容積比RQ2-3を1より大きくするためには、2段目のロータ431の長さL2を3段目のロータ441の長さL3よりも大きくすればよい(L2>L3)。このように、本実施形態では、2段目のロータ431の長さL2と3段目のロータ441の長さL3のロータ長さ比(L2/L3)により、2段目と3段目の間の移動容積比RQ2-3が決定される。これにより、2段目のロータ431の回転数N2と3段目のロータ441の回転数N3とを同一にできるので、詳しくは後述するように、ギヤ構成がシンプルになり、ギヤの点数も減らせる。 Therefore, in this embodiment, in order to make the moving volume ratio R Q2-3 between the second stage and the third stage greater than 1, the length L2 of the rotor 431 of the second stage is set to the length of the rotor 441 of the third stage. is larger than the length L3 (L2>L3). Thus, in the present embodiment, the rotor length ratio (L2/L3) between the length L2 of the rotor 431 of the second stage and the length L3 of the rotor 441 of the third stage determines the A moving volume ratio R Q2-3 between is determined. As a result, the rotation speed N2 of the rotor 431 in the second stage and the rotation speed N3 of the rotor 441 in the third stage can be made the same, so that the gear structure can be simplified and the number of gears can be reduced, as will be described later in detail. be.

以上のように、移動容積比Rが1より大きいと、ポンプ400の駆動軸467の軸動力を低減できる。なお、本実施形態では、1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2と、2段目と3段目の間の移動容積比RQ2-3とが双方ともに1より大きい場合が例示されている。この場合には、軸動力の低減効果が顕著に向上できる。ただし、本発明に係る3段ルーツ式ポンプとしては、RQ1-2とRQ2-3の少なくともいずれか一方の移動容積比が1より大きければよい。例えば、RQ1-2とRQ2-3のいずれか一方が1より大きく、他方が1である3段ルーツ式ポンプも、本発明に係る多段ルーツ式ポンプとして使用できる。 As described above, when the displacement volume ratio RQ is greater than 1, the shaft power of the drive shaft 467 of the pump 400 can be reduced. In the present embodiment, both the moving volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage and the moving volume ratio R Q2-3 between the second stage and the third stage are greater than 1. A case is illustrated. In this case, the effect of reducing the shaft power can be significantly improved. However, in the three-stage roots pump according to the present invention, at least one of R Q1-2 and R Q2-3 should have a movement volume ratio greater than one. For example, a three-stage roots pump in which either one of R Q1-2 and R Q2-3 is greater than one and the other is one can also be used as a multi-stage roots pump according to the present invention.

<駆動機構>
図16、図18および図19に示すように、本実施形態の駆動機構は、1対の第1タイミングギヤ461(461A、461B)と、1対の第2タイミングギヤ462(462A、462B)と、1対の第3タイミングギヤ463(463A、463B)と、第1駆動ギヤ464と、第2駆動ギヤ465と、第3駆動ギヤ466と、モータ入力軸である駆動軸467と、を備える。
<Drive Mechanism>
As shown in FIGS. 16, 18 and 19, the drive mechanism of this embodiment includes a pair of first timing gears 461 (461A, 461B), a pair of second timing gears 462 (462A, 462B), and , a pair of third timing gears 463 (463A, 463B), a first drive gear 464, a second drive gear 465, a third drive gear 466, and a drive shaft 467 that is a motor input shaft.

1対の第1タイミングギヤ461A、461Bは、1段目の2本の回転軸422の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ421、421の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。1対の第2タイミングギヤ462A、462Bは、2段目の2本の回転軸432の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ431、431の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。1対の第3タイミングギヤ463A、463Bは、2段目の2本の回転軸442の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ431、431の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。 A pair of first timing gears 461A and 461B are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 422 of the first stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 421 and 421 match each other. , have the same number of teeth. A pair of second timing gears 462A and 462B are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 432 of the second stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 431 and 431 match each other. , have the same number of teeth. A pair of third timing gears 463A and 463B are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 442 of the second stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 431 and 431 match each other. , have the same number of teeth.

また、第1駆動ギヤ464は、1対の第1タイミングギヤ461のうちの一方の第1タイミングギヤ461Aと噛み合うように設けられており、第2駆動ギヤ465は、1対の第2タイミングギヤ462のうちの一方の第2タイミングギヤ462Aと噛み合うように設けられている。また、第3駆動ギヤ466は、1対の第2タイミングギヤ462のうちの一方の第2タイミングギヤ462Bと、1対の第3タイミングギヤ463のうちの一方の第3タイミングギヤ463Bの両方と噛み合うように設けられている。さらに、駆動軸467は、第1駆動ギヤ464と第2駆動ギヤ465とを回転可能に支持する。すなわち、第1駆動ギヤ464と第2駆動ギヤ465とは、同一の駆動軸に回転可能に支持される。また、駆動軸467は、後述するサイドカバー480に設けられたベアリング468と、ベアリング・ギヤ室473に設けられたベアリング468とにより支持されている。ベアリング・ギヤ室473に設けられたベアリング468側の駆動軸467の軸端は、モータ(図示せず。)に接続されている。また、第3駆動ギヤ466は、回転軸469の軸端に設けられている。回転軸469の第3駆動ギヤ466が設けられていない方の軸端は、後述するサイドカバー480に設けられたベアリング470により支持されている。 Also, the first drive gear 464 is provided so as to mesh with one of the pair of first timing gears 461, the first timing gear 461A, and the second drive gear 465 is engaged with the pair of second timing gears. 462 is provided so as to mesh with one of the second timing gears 462A. In addition, the third drive gear 466 is connected to both the second timing gear 462B, which is one of the pair of second timing gears 462, and the third timing gear 463B, which is one of the pair of third timing gears 463. arranged to mesh. Furthermore, the drive shaft 467 rotatably supports the first drive gear 464 and the second drive gear 465 . That is, the first drive gear 464 and the second drive gear 465 are rotatably supported by the same drive shaft. The drive shaft 467 is supported by a bearing 468 provided in a side cover 480 and a bearing 468 provided in a bearing/gear chamber 473, which will be described later. A shaft end of the drive shaft 467 on the bearing 468 side provided in the bearing/gear chamber 473 is connected to a motor (not shown). Also, the third drive gear 466 is provided at the end of the rotating shaft 469 . A shaft end of the rotary shaft 469 on which the third drive gear 466 is not provided is supported by a bearing 470 provided on a side cover 480 which will be described later.

上述したように、本実施形態では、ロータ421の長さL1とロータ431の長さL2とが同じである。したがって、1段目と2段目の間の移動容積比を1より大きくする(RQ1-2>1とする)ためには、1段目のロータ421の回転数を2段目のロータ431の回転数より高くする必要がある。言い換えると、1段目のロータ421の回転速度を2段目のロータ431の回転速度より速くする必要がある。そこで、ポンプ400では、1段目のロータ421の回転数が2段目のロータ431の回転数より高くなるように、第1駆動ギヤ464および第2駆動ギヤ465の歯数が設定される。例えば、駆動軸467の回転速度から回転軸422、432の回転速度を減速させる場合には、第1駆動ギヤ464の減速比が第2駆動ギヤ465の減速比よりも小さくなるように、第1駆動ギヤ464および第2駆動ギヤ465の歯数を設定すればよい。この場合、第1タイミングギヤ461と第2タイミングギヤ462の歯数が同じであるとすると、第1駆動ギヤ464の歯数を第2駆動ギヤ465の歯数よりも多くすればよい。各駆動ギヤ464、465の減速比をどの程度とするかは、所望の移動容積比RQ1-2が得られるように適宜決定すればよい。一方、駆動軸467の回転速度から回転軸422、432の回転速度を増速させる場合や同等の場合であっても、1段目のロータ421の回転数が、2段目のロータ431の回転数よりも高くなるように、第1駆動ギヤ464および第2駆動ギヤ465の歯数が設定されれば差し支えない。 As described above, in this embodiment, the length L1 of the rotor 421 and the length L2 of the rotor 431 are the same. Therefore, in order to make the movement volume ratio between the first stage and the second stage larger than 1 (R Q1-2 >1), the rotational speed of the first stage rotor 421 is set to should be higher than the rpm of the In other words, the rotation speed of the rotor 421 in the first stage needs to be faster than the rotation speed of the rotor 431 in the second stage. Therefore, in pump 400, the number of teeth of first drive gear 464 and second drive gear 465 is set such that the rotation speed of rotor 421 in the first stage is higher than the rotation speed of rotor 431 in the second stage. For example, when reducing the rotation speed of the rotation shafts 422 and 432 from the rotation speed of the drive shaft 467 , the first drive gear 464 has a lower speed reduction ratio than the second drive gear 465 . The number of teeth of the driving gear 464 and the second driving gear 465 should be set. In this case, if the number of teeth of the first timing gear 461 and the number of teeth of the second timing gear 462 are the same, the number of teeth of the first drive gear 464 should be larger than that of the second drive gear 465 . The speed reduction ratio of each drive gear 464, 465 may be appropriately determined so as to obtain the desired movement volume ratio RQ1-2 . On the other hand, even if the rotation speed of the rotation shafts 422 and 432 is increased from the rotation speed of the drive shaft 467 or in the same case, the rotation speed of the rotor 421 in the first stage is equal to the rotation speed of the rotor 431 in the second stage. There is no problem if the number of teeth of the first drive gear 464 and the second drive gear 465 is set so as to be higher than the number.

また、本実施形態では、ロータ431の長さL2が、ロータ441の長さL3よりも長い。したがって、2段目と3段目の間の移動容積比を1より大きくする(RQ2-3>1とする)ためには、2段目のロータ431の回転数が3段目のロータ441の回転数と同じでよい。言い換えると、2段目のロータ431の回転速度を3段目のロータ441の回転速度と同じ速さにすることができる。そこで、ポンプ400では、2段目のロータ431の回転数が3段目のロータ441の回転数と同じになるように、同じ歯数の第2タイミングギヤ462と第3タイミングギヤ463とが同一の第3駆動ギヤ466に噛み合うようにしている。なお、各ロータ431、441の長さをどの程度とするかは、所望の風量および移動容積比RQ2-3が得られるように適宜決定すればよい。 Also, in this embodiment, the length L2 of the rotor 431 is longer than the length L3 of the rotor 441 . Therefore, in order to make the movement volume ratio between the second stage and the third stage larger than 1 (R Q2-3 >1), the rotational speed of the second stage rotor 431 must be set to can be the same as the number of revolutions of In other words, the rotational speed of the rotor 431 in the second stage can be made the same as the rotational speed of the rotor 441 in the third stage. Therefore, in the pump 400, the second timing gear 462 and the third timing gear 463 having the same number of teeth are used so that the rotation speed of the rotor 431 at the second stage is the same as the rotation speed of the rotor 441 at the third stage. is meshed with the third drive gear 466 of . The length of each rotor 431, 441 may be appropriately determined so as to obtain the desired air volume and movement volume ratio RQ2-3 .

<冷却機構>
ポンプ400には、図17に示すように、冷却機構として、冷却器1、2と、中間吐出口415、417と、中間逆流冷却ガス導入口416、418(以下、単に「冷却ガス導入口416、418」と記載する。)とが設けられている。冷却器1、2は、本実施形態の冷却部の一例であり、ケーシング410の外部に設けられる。中間吐出口415、417は、ケーシング410の側面に、それぞれ少なくとも1つずつ設けられる。冷却ガス導入口416、418は、本実施形態の第1冷却ガス導入口の一例であり、ケーシング410の側面に、それぞれ少なくとも1つずつ設けられる。
<Cooling mechanism>
As shown in FIG. 17, the pump 400 includes coolers 1 and 2, intermediate discharge ports 415 and 417, and intermediate backflow cooling gas inlets 416 and 418 (hereinafter simply referred to as "cooling gas inlet 416") as cooling mechanisms. , 418”) are provided. The coolers 1 and 2 are an example of the cooling section of this embodiment, and are provided outside the casing 410 . At least one intermediate discharge port 415 , 417 is provided on each side surface of the casing 410 . The cooling gas introduction ports 416 and 418 are examples of the first cooling gas introduction ports of the present embodiment, and at least one each is provided on the side surface of the casing 410 .

冷却器1は、中間吐出口415および冷却ガス導入口416と接続され、中間吐出口415から排出されたガスを冷却する。冷却器2は、中間吐出口417および冷却ガス導入口418と接続され、中間吐出口417から排出されたガスを冷却する。冷却器1、2としては、特に制限されないが、例えば、プレート式、シェル・チューブ式(多管式)、フィンチューブ式、スパイラル式、空冷式などの各種熱交換器を用いることができる。また、本発明の冷却部としては、冷却器1、2を設けずに、中間吐出口415と冷却ガス導入口416とを接続する配管(図示せず。)、中間吐出口417と冷却ガス導入口418とを接続する配管(図示せず。)などをケーシング110の外部に設けてもよい。この場合、中間吐出口415、417から排出されたガスは、上記配管を通過する際に放熱することで冷却される。冷却効率を重視する場合には、上記のような熱交換器を設け、ポンプ400全体のエネルギー効率を重視する場合には、上記の配管のみを設けるとよい。 Cooler 1 is connected to intermediate outlet 415 and cooling gas inlet 416 and cools the gas discharged from intermediate outlet 415 . Cooler 2 is connected to intermediate outlet 417 and cooling gas inlet 418 and cools the gas discharged from intermediate outlet 417 . Although the coolers 1 and 2 are not particularly limited, for example, various heat exchangers such as plate type, shell and tube type (multi-tube type), fin tube type, spiral type, and air cooling type can be used. Further, as the cooling unit of the present invention, a pipe (not shown) connecting the intermediate discharge port 415 and the cooling gas introduction port 416 without providing the coolers 1 and 2, the intermediate discharge port 417 and the cooling gas introduction A pipe (not shown) connecting with the port 418 may be provided outside the casing 110 . In this case, the gas discharged from the intermediate outlets 415 and 417 is cooled by radiating heat when passing through the pipes. When emphasizing the cooling efficiency, the heat exchanger as described above is provided, and when emphasizing the energy efficiency of the pump 400 as a whole, only the above piping is preferably provided.

中間吐出口415は、隣接して配置された低圧側(本実施形態では1段目)の圧縮要素と高圧側(本実施形態では2段目)の圧縮要素との間に存在するガスを、図17の矢印Ge1に示すように、ケーシング410の外部に吐出するための吐出口である。この中間吐出口415は、隣接する圧縮要素間、すなわち、1段目(低圧側)の圧縮要素と2段目(高圧側)の圧縮要素との間の中間位置に設けられる。図17に示した例では、中間吐出口415をケーシング410の左側面に1箇所のみ設けた例が示されているが、中間吐出口415の数は特に制限されず、2箇所以上設けてもよい。例えば、図17に示した断面において、ケーシング410の左側面だけでなく、右側面にもう1箇所設けられてもよい。また、図17に示した断面の手前側からみて、ケーシング410の前側面(正面側の面)または後側面(背面側の面)のうち、1段目(低圧側)の圧縮要素と2段目(高圧側)の圧縮要素との間の中間位置に、中間吐出口415が設けられてもよい。また、中間吐出口417は、隣接して配置された低圧側(本実施形態では2段目)の圧縮要素と高圧側(本実施形態では3段目)の圧縮要素との間に存在するガスを、図17の矢印Ge2に示すように、ケーシング410の外部に吐出するための吐出口である。この中間吐出口417は、隣接する圧縮要素間、すなわち、2段目(低圧側)の圧縮要素と3段目(高圧側)の圧縮要素との間の中間位置に設けられる。中間吐出口415と同様に、中間吐出口417の数は特に制限されず、中間吐出口417は、図17に示すように、ケーシング410の左側面に1箇所のみ設けられてもよく、ケーシング410の側面に2箇所以上設けられてもよい。 The intermediate discharge port 415 discharges the gas existing between the low-pressure side (first stage in this embodiment) compression element and the high-pressure side (second stage in this embodiment) compression element that are adjacent to each other. As indicated by an arrow Ge1 in FIG. The intermediate discharge port 415 is provided at an intermediate position between adjacent compression elements, that is, between the first stage (low pressure side) compression element and the second stage (high pressure side) compression element. The example shown in FIG. 17 shows an example in which only one intermediate outlet 415 is provided on the left side surface of the casing 410, but the number of intermediate outlets 415 is not particularly limited, and two or more outlets may be provided. good. For example, in the cross section shown in FIG. 17 , one more point may be provided not only on the left side of casing 410 but also on the right side. Also, when viewed from the front side of the cross section shown in FIG. An intermediate outlet 415 may be provided at an intermediate position between the eye (high pressure side) and the compression element. In addition, the intermediate discharge port 417 is provided between the low-pressure side (second stage in this embodiment) compression element and the high-pressure side (third stage in this embodiment) compression element that are adjacent to each other. to the outside of the casing 410 as indicated by an arrow Ge2 in FIG. The intermediate discharge port 417 is provided at an intermediate position between adjacent compression elements, that is, between the second stage (low pressure side) compression element and the third stage (high pressure side) compression element. As with the intermediate outlets 415, the number of the intermediate outlets 417 is not particularly limited. As shown in FIG. may be provided at two or more locations on the side surface of the .

冷却ガス導入口416(416A、416B)は、冷却器1により冷却されたガスを、中間吐出口415よりも低圧側の圧縮要素(本実施形態では、中間吐出口415から排出されるガスの圧力よりも低い圧力のガスが存在する1段目の圧縮要素)内に導入するための吸込口である。この冷却ガス導入口416は、1段目のロータ421により吸い込まれた(掻き込まれた)移動容積Qth1部分に、冷却器1により冷却されたガスが混ざり合うことが可能な位置に設けられる。また、冷却ガス導入口418(418A、418B)は、冷却器2により冷却されたガスを、中間吐出口417よりも低圧側の圧縮要素(本実施形態では、中間吐出口417から排出されるガスの圧力よりも低い圧力のガスが存在する2段目の圧縮要素)内に導入するための吸込口である。この冷却ガス導入口418は、2段目のロータ431により吸い込まれた(掻き込まれた)移動容積Qth2部分に、冷却器2により冷却されたガスが混ざり合うことが可能な位置に設けられる。 The cooling gas inlet 416 (416A, 416B) feeds the gas cooled by the cooler 1 to a compression element on the lower pressure side than the intermediate outlet 415 (in this embodiment, the pressure of the gas discharged from the intermediate outlet 415 is It is a suction port for introducing into the first stage compression element) where gas with a pressure lower than is present. The cooling gas introduction port 416 is provided at a position where the gas cooled by the cooler 1 can mix with the moving volume Qth1 portion sucked (scraped) by the first stage rotor 421 . In addition, the cooling gas inlet 418 (418A, 418B) feeds the gas cooled by the cooler 2 to the compression element on the lower pressure side than the intermediate outlet 417 (in this embodiment, the gas discharged from the intermediate outlet 417). is a suction port for introducing gas into the second stage compression element) where gas with a pressure lower than the pressure of is present. The cooling gas introduction port 418 is provided at a position where the gas cooled by the cooler 2 can mix with the movement volume Qth2 portion sucked (scraped) by the second stage rotor 431 .

ここで、中間吐出口415が設けられた1段目の圧縮要素の吐出側と2段目の圧縮要素の吸込側の中間位置の圧力(中間圧力Pm1)は、1段目の圧縮要素(ロータ421)からの吐出圧力と等しく、また、この圧力は、2段目の圧縮要素(ロータ431)への吸込圧力とも等しい。中間圧力Pm1は、ロータ421とケーシング410とで囲まれた空間の圧力Pr1以上(Pm1≧Pr1)であるため、中間吐出口415から排出されたガスは、冷却器1を通過して、循環される。その結果、1段目の圧縮要素から吐き出されるガスの温度が低下するため、1段目(低圧側)の圧縮要素で圧縮されて温度が上昇したガスが、放熱されずに2段目(高圧側)の圧縮要素に直接吸い込まれることを防止できる。その結果、2段目の圧縮要素で圧縮されたガスの著しい温度上昇も抑制できる。同様に、中間吐出口417が設けられた2段目の圧縮要素の吐出側と3段目の圧縮要素の吸込側の中間位置の圧力(中間圧力Pm2)は、2段目の圧縮要素(ロータ431)からの吐出圧力と等しく、また、この圧力は、3段目の圧縮要素(ロータ441)への吸込圧力とも等しい。中間圧力Pm2は、ロータ431とケーシング410とで囲まれた空間の圧力Pr2以上(Pm2≧Pr2)であるため、中間吐出口417から排出されたガスは、冷却器2を通過して、循環される。その結果、2段目の圧縮要素から吐き出されるガスの温度が低下するため、2段目(低圧側)の圧縮要素で圧縮されて温度が上昇したガスが、放熱されずに3段目(高圧側)の圧縮要素に直接吸い込まれることを防止できる。その結果、3段目の圧縮要素で圧縮されたガスの著しい温度上昇も抑制できる。 Here, the pressure (intermediate pressure Pm1) at an intermediate position between the discharge side of the first-stage compression element provided with the intermediate discharge port 415 and the suction side of the second-stage compression element is the pressure of the first-stage compression element (rotor 421) and this pressure is also equal to the suction pressure to the second stage compression element (rotor 431). Since the intermediate pressure Pm1 is greater than or equal to the pressure Pr1 of the space surrounded by the rotor 421 and the casing 410 (Pm1≧Pr1), the gas discharged from the intermediate discharge port 415 passes through the cooler 1 and is circulated. be. As a result, the temperature of the gas discharged from the first-stage compression element decreases, so the gas that has been compressed by the first-stage (low-pressure side) compression element and rises in temperature does not dissipate heat, and the second-stage (high-pressure side) can be prevented from being directly sucked into the compression element. As a result, it is possible to suppress a significant temperature rise of the gas compressed by the second-stage compression element. Similarly, the pressure (intermediate pressure Pm2) at an intermediate position between the discharge side of the second-stage compression element provided with the intermediate discharge port 417 and the suction side of the third-stage compression element is the pressure of the second-stage compression element (rotor 431) and this pressure is also equal to the suction pressure to the third stage compression element (rotor 441). Since the intermediate pressure Pm2 is equal to or higher than the pressure Pr2 of the space surrounded by the rotor 431 and the casing 410 (Pm2≧Pr2), the gas discharged from the intermediate discharge port 417 passes through the cooler 2 and is circulated. be. As a result, the temperature of the gas discharged from the second stage compression element decreases, so the gas whose temperature has risen due to being compressed by the second stage (low pressure side) compression element does not dissipate heat and the third stage (high pressure side) side) can be prevented from being directly sucked into the compression element. As a result, it is possible to suppress a significant temperature rise of the gas compressed by the third-stage compression element.

図17には、冷却ガス導入口416がケーシング410の左右両側面に1箇所ずつ(合計2箇所)設けられた例が示されているが、冷却ガス導入口416の数は特に制限されず、少なくとも1つの冷却ガス導入口416が設けられていれば、上記のガスの著しい温度上昇の抑制効果は得られる。2段目の圧縮要素に吸い込まれるガスの冷却効果を高めるためには、冷却ガス導入口416の数が多い方が好ましい。特に、ケーシング410内を均一に冷却するためには、図17に示すように、冷却ガス導入口416がケーシング410の左右両側面から、冷却器1により冷却されたガスを導入することが好ましい。同様に、冷却ガス導入口418の数は特に制限されず、少なくとも1つの冷却ガス導入口418が設けられていれば、上記のガスの著しい温度上昇の抑制効果は得られる。3段目の圧縮要素に吸い込まれるガスの冷却効果を高めるためには、冷却ガス導入口418の数が多い方が好ましい。特に、ケーシング410内を均一に冷却するためには、図17に示すように、冷却ガス導入口418がケーシング410の左右両側面から、冷却器2により冷却されたガスを導入することが好ましい。 FIG. 17 shows an example in which one cooling gas introduction port 416 is provided on each of the left and right side surfaces of the casing 410 (two locations in total), but the number of cooling gas introduction ports 416 is not particularly limited. As long as at least one cooling gas introduction port 416 is provided, the effect of suppressing a significant temperature rise of the gas can be obtained. In order to enhance the cooling effect of the gas sucked into the second-stage compression element, it is preferable that the number of cooling gas introduction ports 416 is large. In particular, in order to uniformly cool the inside of casing 410, as shown in FIG. Similarly, the number of cooling gas inlets 418 is not particularly limited, and as long as at least one cooling gas inlet 418 is provided, the effect of suppressing a significant temperature rise of the gas can be obtained. In order to enhance the cooling effect of the gas sucked into the third-stage compression element, it is preferable that the number of cooling gas introduction ports 418 is large. In particular, in order to uniformly cool the inside of casing 410, as shown in FIG. 17, it is preferable that cooling gas inlet 418 introduces the gas cooled by cooler 2 from both left and right sides of casing 410. As shown in FIG.

また、ポンプ400には、冷却器1と接続された逆止弁3および冷却器2と接続された逆止弁4が設けられている。逆止弁3は、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素との間の中間位置の中間圧力Pm1が大気圧以下の場合には、大気圧からの差圧により閉止され、中間圧力Pm1が大気圧以上の場合には開放される。中間吐出口415から排出されたガスは、逆止弁3が開放された状態においては、1段目の圧縮要素より圧力の低い大気に排気され、逆止弁3が閉止された状態においては、冷却ガス導入口416から1段目の圧縮要素内に導入される。同様に、逆止弁4は、2段目の圧縮要素と3段目の圧縮要素との間の中間位置の中間圧力Pm2が大気圧以下の場合には、大気圧からの差圧により閉止され、中間圧力Pm2が大気圧以上の場合には開放される。中間吐出口417から排出されたガスは、逆止弁4が開放された状態においては、2段目の圧縮要素より圧力の低い大気に排気され、逆止弁4が閉止された状態においては、冷却ガス導入口418から1段目の圧縮要素内に導入される。 The pump 400 is also provided with a check valve 3 connected to the cooler 1 and a check valve 4 connected to the cooler 2 . The check valve 3 is closed by the differential pressure from the atmospheric pressure when the intermediate pressure Pm1 at the intermediate position between the first-stage compression element and the second-stage compression element is equal to or lower than the atmospheric pressure. It is opened when Pm1 is equal to or higher than the atmospheric pressure. When the check valve 3 is open, the gas discharged from the intermediate discharge port 415 is discharged to the atmosphere having a pressure lower than that of the first-stage compression element, and when the check valve 3 is closed, It is introduced into the first-stage compression element from the cooling gas inlet 416 . Similarly, the check valve 4 is closed by the differential pressure from the atmospheric pressure when the intermediate pressure Pm2 at the intermediate position between the second-stage compression element and the third-stage compression element is lower than the atmospheric pressure. , is opened when the intermediate pressure Pm2 is greater than or equal to the atmospheric pressure. When the check valve 4 is open, the gas discharged from the intermediate discharge port 417 is discharged to the atmosphere with a pressure lower than that of the second stage compression element, and when the check valve 4 is closed, It is introduced into the first-stage compression element from the cooling gas inlet 418 .

上述した構成を有する本実施形態の冷却機構を設けることにより、1段目の圧縮要素から吐出されるガスの温度が低下するとともに、2段目の圧縮要素から吐出されるガスの温度も低下することから、2段目および3段目のロータおよびケーシングの熱膨張も小さくなる。したがって、2段目および3段目の圧縮要素におけるロータとケーシングとのすき間およびロータ相互間のすき間を狭く設定できる。特に、3段目の圧縮要素においては、上述した冷却機構を設ける場合と設けない場合とでは、吐出ガスの温度に大きな差が生じる。その結果、2段目および3段目の圧縮要素においてガスの漏れ量(特に3段目の圧縮要素におけるガスの漏れ量)、すなわち、高圧側から低圧側に逆流するガスの量が少なくなるため、体積効率が向上する。 By providing the cooling mechanism of this embodiment having the configuration described above, the temperature of the gas discharged from the first-stage compression element is lowered, and the temperature of the gas discharged from the second-stage compression element is also lowered. Therefore, the thermal expansion of the second and third stage rotors and casings is also reduced. Therefore, the gap between the rotor and the casing and the gap between the rotors in the second and third stage compression elements can be narrowed. In particular, in the third-stage compression element, there is a large difference in the temperature of the discharged gas between when the cooling mechanism described above is provided and when it is not provided. As a result, the amount of gas leaked from the second and third stage compression elements (especially the amount of gas leaked from the third stage compression element), that is, the amount of gas flowing back from the high pressure side to the low pressure side is reduced. , the volumetric efficiency is improved.

また、2段目の圧縮要素におけるガスの漏れ量、すなわち、2段目の圧縮要素の吐出側(高圧側)から2段目の圧縮要素の吸込側(低圧側)への漏れ量が少なくなるほど、2段目の圧縮要素の吸込圧力が低下する。2段目の圧縮要素の吸込圧力が低下すると、2段目の圧縮要素の吸込圧力(1段目の圧縮要素の吐出圧力と等しい)と1段目の圧縮要素の吸込圧力との差圧が小さくなる。その結果、1段目の圧縮要素の軸動力を小さくすることができる。さらに、3段目の圧縮要素におけるガスの漏れ量、すなわち、3段目の圧縮要素の吐出側(高圧側)から3段目の圧縮要素の吸込側(低圧側)への漏れ量が少なくなるほど、3段目の圧縮要素の吸込圧力が低下する。3段目の圧縮要素の吸込圧力が低下すると、3段目の圧縮要素の吸込圧力(2段目の圧縮要素の吐出圧力と等しい)と2段目の圧縮要素の吸込圧力との差圧が小さくなる。その結果、2段目の圧縮要素の軸動力も小さくすることができる。このように、3段以上の圧縮要素を有する多段ルーツ式ポンプでは、軸動力の低減効果が2段の圧縮要素を有する多段ルーツ式ポンプよりも大きくなる。 Also, the amount of gas leaked from the second stage compression element, that is, the leakage amount from the discharge side (high pressure side) of the second stage compression element to the suction side (low pressure side) of the second stage compression element decreases. , the suction pressure of the second stage compression element decreases. When the suction pressure of the second-stage compression element decreases, the pressure difference between the suction pressure of the second-stage compression element (equal to the discharge pressure of the first-stage compression element) and the suction pressure of the first-stage compression element increases. become smaller. As a result, the shaft power of the first stage compression element can be reduced. Furthermore, the leakage amount of gas in the third stage compression element, that is, the leakage amount from the discharge side (high pressure side) of the third stage compression element to the suction side (low pressure side) of the third stage compression element decreases. , the suction pressure of the third stage compression element decreases. When the suction pressure of the third-stage compression element decreases, the pressure difference between the suction pressure of the third-stage compression element (equal to the discharge pressure of the second-stage compression element) and the suction pressure of the second-stage compression element increases. become smaller. As a result, the shaft power of the second stage compression element can also be reduced. Thus, a multi-stage roots pump having three or more stages of compression elements has a greater effect of reducing shaft power than a multi-stage roots pump having two stages of compression elements.

なお、本実施形態では、1-2段間の中間位置のガスを冷却するための冷却機構(すなわち、中間吐出口415、冷却器1および冷却ガス導入口416からなる冷却機構)と、2-3段間の中間位置のガスを冷却するための冷却機構(すなわち、中間吐出口417、冷却器2および冷却ガス導入口418からなる冷却機構)の2つの冷却機構が設けられているが、いずれか一方の冷却機構のみを設けることでも、上述した吐出ガスの顕著な温度上昇の抑制効果は得られる。ただし、より確実に吐出ガスの温度上昇を抑制するためには、上述した2つの冷却機構を両方設けた方が好ましい。 In this embodiment, a cooling mechanism (that is, a cooling mechanism consisting of the intermediate discharge port 415, the cooler 1, and the cooling gas inlet 416) for cooling the gas at the intermediate position between the 1st and 2nd stages; Two cooling mechanisms are provided for cooling the gas at the intermediate position between the three stages (that is, the cooling mechanism consisting of the intermediate outlet 417, the cooler 2, and the cooling gas inlet 418). Even if only one of the cooling mechanisms is provided, the effect of suppressing the above-described remarkable temperature rise of the discharged gas can be obtained. However, in order to more reliably suppress the temperature rise of the discharge gas, it is preferable to provide both of the two cooling mechanisms described above.

<第2冷却ガス導入口>
本実施形態のポンプ400では、ケーシング410が、最後段(本実施形態では3段目)の圧縮要素にガスが吸い込まれる吸込位置(上記の中間位置)と吐出口413との間に、ケーシング410の内部に冷却ガスCを導入する逆流冷却ガス導入口419(以下、単に「冷却ガス導入口419」と記載する。)をさらに有する。この冷却ガス導入口419は、本実施形態に係る第2冷却ガス導入口の一例である。冷却ガス導入口419は、第1実施形態に係る冷却ガス導入口117と実質的に同じ構成および機能を有する。
<Second cooling gas inlet>
In the pump 400 of this embodiment, the casing 410 is positioned between the suction position (above intermediate position) where gas is sucked into the final stage (third stage in this embodiment) compression element and the discharge port 413. It further has a backflow cooling gas introduction port 419 (hereinafter simply referred to as "cooling gas introduction port 419") for introducing the cooling gas C into the interior of the . This cooling gas inlet 419 is an example of a second cooling gas inlet according to the present embodiment. The cooling gas inlet 419 has substantially the same configuration and function as the cooling gas inlet 117 according to the first embodiment.

<その他の構成>
その他、本実施形態のポンプ400は、ケーシング410とベアリング・ギヤ室473との間、および、ケーシング410とベアリング室474との間に、中間室として、サイドカバー480を有している。このサイドカバー480は、第1実施形態に係るサイドカバー180と実質的に同じ構成および機能を有する。
<Other configurations>
In addition, the pump 400 of this embodiment has side covers 480 as intermediate chambers between the casing 410 and the bearing/gear chamber 473 and between the casing 410 and the bearing chamber 474 . This side cover 480 has substantially the same configuration and function as the side cover 180 according to the first embodiment.

(多段ルーツ式ポンプの動作)
続いて、上述した構成を有するポンプ400の駆動方法を述べる。なお、ポンプ400によるガスの圧縮方法およびガスの冷却方法は、上述した第1実施形態のポンプ100と同様である。
(Operation of multistage roots pump)
Next, a method of driving the pump 400 having the configuration described above will be described. The gas compression method and gas cooling method by the pump 400 are the same as those of the pump 100 of the first embodiment described above.

<ポンプの駆動方法>
図16~図19に示すように、図示しないモータにより駆動軸467が回転すると、駆動軸467に支持された第1駆動ギヤ464および第2駆動ギヤ465が同じ方向に回転駆動する。次いで、1対の第1タイミングギヤ461A、461Bのうち、第1駆動ギヤ464と噛み合う一方の第1タイミングギヤ461Aが、第1駆動ギヤ464とは反対方向に回転する。このときの第1タイミングギヤ461Aの回転数は、第1駆動ギヤ464の回転数から、第1駆動ギヤ464の歯数と第1タイミングギヤ461Aの歯数との比から算出される減速比(第1タイミングギヤ461Aの歯数/第1駆動ギヤ464の歯数)で減速された回転数となる。また、第1タイミングギヤ461Aと噛み合う他方の第1タイミングギヤ461Bは、第1タイミングギヤ461Aの歯数と同じ歯数であるため、第1タイミングギヤ461Aと反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ421、421は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ421、421の回転により、吸込口411付近のガスが、吸込口411からケーシング410内に吸い込まれた(図17の矢印Gs)後に、ロータ421により圧縮されて1段目と2段目の中間位置に吐き出される(図17の矢印Gm1)。
<How to drive the pump>
As shown in FIGS. 16 to 19, when drive shaft 467 is rotated by a motor (not shown), first drive gear 464 and second drive gear 465 supported by drive shaft 467 are driven to rotate in the same direction. Next, of the pair of first timing gears 461A and 461B, one of the first timing gears 461A meshing with the first drive gear 464 rotates in the opposite direction to the first drive gear 464. As shown in FIG. The rotation speed of the first timing gear 461A at this time is a reduction ratio ( The rotational speed is reduced by the number of teeth of the first timing gear 461A/the number of teeth of the first drive gear 464). Also, the other first timing gear 461B meshing with the first timing gear 461A has the same number of teeth as the first timing gear 461A, so it rotates at the same number of rotations in the opposite direction as the first timing gear 461A. As a result, the pair of rotors 421, 421 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 421, 421, the gas in the vicinity of the suction port 411 is sucked into the casing 410 through the suction port 411 (arrow Gs in FIG. 17), and then compressed by the rotor 421 to reach the first stage. It is discharged to the intermediate position of the second stage (arrow Gm1 in FIG. 17).

同様に、1対の第2タイミングギヤ462A、462Bのうち、第2駆動ギヤ465と噛み合う一方の第2タイミングギヤ462Aが、第2駆動ギヤ465とは反対方向に回転する。このときの第2タイミングギヤ462Aの回転数は、第2駆動ギヤ465の回転数から、第2駆動ギヤ465の歯数と第2タイミングギヤ462Aの歯数との比から算出される減速比(第2タイミングギヤ462Aの歯数/第2駆動ギヤ465の歯数)で減速された回転数となる。また、第2タイミングギヤ462Aと噛み合う他方の第2タイミングギヤ462Bは、第2タイミングギヤ462Aの歯数と同じ歯数であるため、第2タイミングギヤ462Aと反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ431、431は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ431、431の回転により、1段目のロータ421により圧縮されて中間位置に吐き出されたガスが、中間位置から2段目のロータ431に掻き込まれた後に(図17の矢印Gm1)、ロータ431により圧縮されて2段目と3段目の中間位置に吐き出される(図17の矢印Gm2)。 Similarly, of the pair of second timing gears 462A and 462B, one of the second timing gears 462A meshing with the second drive gear 465 rotates in the opposite direction to the second drive gear 465. The rotation speed of the second timing gear 462A at this time is a reduction ratio ( The rotational speed is reduced by the number of teeth of the second timing gear 462A/the number of teeth of the second driving gear 465). Also, the other second timing gear 462B meshing with the second timing gear 462A has the same number of teeth as the second timing gear 462A, so it rotates at the same number of revolutions in the opposite direction as the second timing gear 462A. As a result, the pair of rotors 431, 431 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 431, 431, the gas compressed by the first-stage rotor 421 and discharged to the intermediate position is swept from the intermediate position into the second-stage rotor 431 (see FIG. 17). Arrow Gm1) is compressed by the rotor 431 and discharged to an intermediate position between the second stage and the third stage (arrow Gm2 in FIG. 17).

さらに、第2タイミングギヤ462Bと噛み合う第3駆動ギヤ466が、第2タイミングギヤ462Bとは反対方向に回転する。また、1対の第3タイミングギヤ463A、463Bのうち、第3駆動ギヤ466と噛み合う第3タイミングギヤ463Bが、第3駆動ギヤ466とは反対方向に回転する。ここで、第2タイミングギヤ462Bと第3タイミングギヤ463Bとは、同じ歯数であり、かつ、共通の第3駆動ギヤ466に噛み合っていることから、第3タイミングギヤ463Bの回転方向および回転数は、第2タイミングギヤ462Bと同じになる。また、第3タイミングギヤ463Bと噛み合う他方の第3タイミングギヤ463Aは、第3タイミングギヤ463Bの歯数と同じ歯数であるため、第3タイミングギヤ463Bと反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ441、441は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ441、441の回転により、2段目のロータ431により圧縮されて中間位置に吐き出されたガスが、中間位置から3段目のロータ441に掻き込まれた後に(図17の矢印Gm2)、ロータ441により圧縮されて吐出口413から外部に排出される(図17の矢印Gd)。 Further, the third drive gear 466 meshing with the second timing gear 462B rotates in the opposite direction to the second timing gear 462B. Also, of the pair of third timing gears 463A and 463B, the third timing gear 463B that meshes with the third drive gear 466 rotates in the opposite direction to the third drive gear 466. Here, since the second timing gear 462B and the third timing gear 463B have the same number of teeth and mesh with the common third drive gear 466, the rotation direction and rotation speed of the third timing gear 463B are is the same as the second timing gear 462B. Also, the other third timing gear 463A meshing with the third timing gear 463B has the same number of teeth as the third timing gear 463B, so it rotates at the same number of rotations in the opposite direction as the third timing gear 463B. As a result, the pair of rotors 441, 441 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 441, 441, the gas compressed by the second-stage rotor 431 and discharged to the intermediate position is swept from the intermediate position into the third-stage rotor 441 (Fig. 17). arrow Gm2), and is compressed by the rotor 441 and discharged to the outside from the discharge port 413 (arrow Gd in FIG. 17).

また、本実施形態では、1段目と2段目の間の中間位置に存在するガスが、中間吐出口415からケーシング410の外部に排出され、冷却器1で冷却された後に、ケーシング410の左右両側面に設けられた2箇所の冷却ガス導入口416A、416Bから1段目の圧縮要素内(ロータ421とケーシング410とで囲まれた空間内)に導入される。このとき、中間位置の圧力(中間圧力)Pm1は、ロータ421とケーシング410とで囲まれた空間の圧力以上であることから、中間吐出口415から排出されたガスは、冷却器1を通って、循環する。より詳細には、図17の矢印Ge1に示すように、中間吐出口415から排出されたガスは、冷却器1により冷却され、冷却ガス導入口416から1段目の圧縮要素内、具体的には、1段目のロータ421とケーシング410とで囲まれた領域内(移動容積Qth1部分)に導入された後、再び1段目と2段目の中間位置に吐出される。そのため、中間位置のガスを排出するブロワ等の装置を別途設けなくても、中間位置のガスは中間吐出口415から常時排出され、冷却器1により冷却されたガスが1段目の圧縮要素内に常時導入される。その結果、1段目の圧縮要素から吐き出されるガスの温度が低下するため、1段目(低圧側)の圧縮要素で圧縮されて温度が上昇したガスが、放熱されずに2段目(高圧側)の圧縮要素に直接吸い込まれることを防止でき、2段目の圧縮要素で圧縮されたガスの著しい温度上昇も抑制できる。同様に、本実施形態では、2段目と3段目の間の中間位置に存在するガスが、中間吐出口417からケーシング410の外部に排出され、冷却器2で冷却された後に、ケーシング410の左右両側面に設けられた2箇所の冷却ガス導入口418A、418Bから2段目の圧縮要素内(ロータ431とケーシング410とで囲まれた空間内)に導入される。このとき、中間位置の圧力(中間圧力)Pm2は、ロータ431とケーシング410とで囲まれた空間の圧力以上であることから、中間吐出口417から排出されたガスは、冷却器2を通って、循環する。より詳細には、図17の矢印Ge2に示すように、中間吐出口417から排出されたガスは、冷却器2により冷却され、冷却ガス導入口418から2段目の圧縮要素内、具体的には、2段目のロータ431とケーシング410とで囲まれた領域内(移動容積Qth2部分)に導入された後、再び2段目と3段目の中間位置に吐出される。そのため、中間位置のガスを排出するブロワ等の装置を別途設けなくても、中間位置のガスは中間吐出口417から常時排出され、冷却器2により冷却されたガスが2段目の圧縮要素内に常時導入される。その結果、2段目の圧縮要素から吐き出されるガスの温度が低下するため、2段目(低圧側)の圧縮要素で圧縮されて温度が上昇したガスが、放熱されずに3段目(高圧側)の圧縮要素に直接吸い込まれることを防止でき、3段目の圧縮要素で圧縮されたガスの著しい温度上昇も抑制できる。 Further, in the present embodiment, the gas present in the intermediate position between the first stage and the second stage is discharged from the intermediate discharge port 415 to the outside of the casing 410, cooled by the cooler 1, and then discharged from the casing 410. It is introduced into the first-stage compression element (inside the space surrounded by the rotor 421 and the casing 410) from two cooling gas introduction ports 416A and 416B provided on both left and right sides. At this time, the pressure at the intermediate position (intermediate pressure) Pm1 is higher than the pressure in the space surrounded by the rotor 421 and the casing 410, so the gas discharged from the intermediate discharge port 415 passes through the cooler 1 , circulating. More specifically, as indicated by an arrow Ge1 in FIG. 17, the gas discharged from the intermediate discharge port 415 is cooled by the cooler 1, and is discharged from the cooling gas introduction port 416 to the first stage compression element. is introduced into the area surrounded by the first stage rotor 421 and the casing 410 (moving volume Qth1 portion), and then discharged again to the intermediate position between the first stage and the second stage. Therefore, even if a device such as a blower for discharging the gas at the intermediate position is not separately provided, the gas at the intermediate position is always discharged from the intermediate discharge port 415, and the gas cooled by the cooler 1 flows into the first stage compression element. always introduced in As a result, the temperature of the gas discharged from the first-stage compression element decreases, so the gas that has been compressed by the first-stage (low-pressure side) compression element and rises in temperature does not dissipate heat, and the second-stage (high-pressure side) can be prevented from being directly sucked into the compression element of the second stage, and a significant temperature rise of the gas compressed by the second-stage compression element can be suppressed. Similarly, in the present embodiment, the gas present in the intermediate position between the second stage and the third stage is discharged from the intermediate discharge port 417 to the outside of the casing 410, cooled by the cooler 2, and then discharged to the casing 410. The cooling gas is introduced into the second-stage compression element (inside the space surrounded by the rotor 431 and the casing 410) from two cooling gas introduction ports 418A and 418B provided on both left and right sides of the . At this time, the pressure at the intermediate position (intermediate pressure) Pm2 is higher than the pressure in the space surrounded by the rotor 431 and the casing 410, so the gas discharged from the intermediate discharge port 417 passes through the cooler 2 , circulating. More specifically, as indicated by an arrow Ge2 in FIG. 17, the gas discharged from the intermediate discharge port 417 is cooled by the cooler 2, and is discharged from the cooling gas introduction port 418 into the second stage compression element, specifically is introduced into the area surrounded by the second stage rotor 431 and the casing 410 (moving volume Qth2 portion), and then discharged again to the intermediate position between the second stage and the third stage. Therefore, even if a device such as a blower for discharging the gas at the intermediate position is not separately provided, the gas at the intermediate position is always discharged from the intermediate discharge port 417, and the gas cooled by the cooler 2 is discharged into the second stage compression element. always introduced in As a result, the temperature of the gas discharged from the second stage compression element decreases, so the gas whose temperature has risen due to being compressed by the second stage (low pressure side) compression element does not dissipate heat and the third stage (high pressure side) side) can be prevented from being directly sucked into the compression element of the third stage, and a significant temperature rise of the gas compressed by the third-stage compression element can be suppressed.

さらに、1段目と2段目の間の中間位置の圧力(中間圧力)Pm1が大気圧以上の場合には、圧力差によりガスが中間吐出口415から、より圧力の低い大気に排出され(図17の矢印Ge1および矢印Gd)、中間圧力Pm1が大気圧以下まで下がる。同様に、2段目と3段目の間の中間位置の圧力(中間圧力)Pm2が大気圧以上の場合には、圧力差によりガスが中間吐出口417から、より圧力の低い大気に排出され(図17の矢印Ge2および矢印Gd)、中間圧力Pm2が大気圧以下まで下がる。したがって、2段目および3段目の圧縮要素(ロータ431、441)への吸込圧力が小さくなるため、2段目の吸込圧力Ps2と吸込口411から吸い込まれるガスの圧力(1段目の吸込圧力Ps1)との差ΔP1、および、3段目の吸込圧力Ps3と2段目の吸込圧力Ps2との差ΔP2を小さくすることができる。その結果、ポンプ400を作動するモータの動力を低減できる。特に、ポンプ400が吸込口411に向けてガスを引き始めた段階では、中間圧力Pm1、Pm2が大気圧以上になりやすいため、ガスの引き始めの段階において、特に、モータの動力低減効果が高い。 Furthermore, when the pressure (intermediate pressure) Pm1 at the intermediate position between the first stage and the second stage is equal to or higher than the atmospheric pressure, the pressure difference causes the gas to be discharged from the intermediate discharge port 415 to the atmosphere with a lower pressure ( Arrows Ge1 and Gd in FIG. 17), the intermediate pressure Pm1 drops below the atmospheric pressure. Similarly, when the pressure (intermediate pressure) Pm2 at the intermediate position between the second stage and the third stage is equal to or higher than the atmospheric pressure, the gas is discharged from the intermediate discharge port 417 to the atmosphere with a lower pressure due to the pressure difference. (arrow Ge2 and arrow Gd in FIG. 17), the intermediate pressure Pm2 drops below atmospheric pressure. Therefore, since the suction pressure to the compression elements (rotors 431, 441) of the second and third stages becomes smaller, the suction pressure Ps2 of the second stage and the pressure of the gas sucked from the suction port 411 (the first stage suction pressure The difference ΔP1 from the pressure Ps1) and the difference ΔP2 between the third-stage suction pressure Ps3 and the second-stage suction pressure Ps2 can be reduced. As a result, the power of the motor that operates the pump 400 can be reduced. In particular, when the pump 400 starts to draw gas toward the suction port 411, the intermediate pressures Pm1 and Pm2 are likely to be higher than the atmospheric pressure. .

本実施形態では、第1タイミングギヤ461Aとの間の第1駆動ギヤ464の減速比が、第2タイミングギヤ462Aとの間の第3駆動ギヤ466の減速比よりも小さくなっている。したがって、ロータ421の回転数N1がロータ431の回転数N2よりも高くなる。また、ロータ421の長さL1とロータ431の長さL2が等しく、ロータ421とロータ431の形状が同じであることから、上述したように、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素との間の移動容積比RQ1-2は、1より大きくなる。 In this embodiment, the reduction ratio of the first drive gear 464 with respect to the first timing gear 461A is smaller than the reduction ratio of the third drive gear 466 with respect to the second timing gear 462A. Therefore, the rotation speed N1 of the rotor 421 becomes higher than the rotation speed N2 of the rotor 431. Further, the length L1 of the rotor 421 and the length L2 of the rotor 431 are equal, and the rotors 421 and 431 have the same shape. is larger than 1.

一方、ロータ431の長さL2がロータ441の長さL3よりも大きくなっている。また、第2タイミングギヤ462Bとの間の第3駆動ギヤ466の減速比は、第3タイミングギヤ463Bとの間の第3駆動ギヤ466の減速比と同じになっている。したがって、ロータ431の回転数N2は、ロータ441の回転数N3と同じになる。また、ロータ431とロータ441の形状が同じであることから、上述したように、2段目の圧縮要素と3段目の圧縮要素との間の移動容積比RQ2-3は、1より大きくなる。 On the other hand, length L2 of rotor 431 is longer than length L3 of rotor 441 . Also, the reduction ratio of the third driving gear 466 with respect to the second timing gear 462B is the same as the reduction ratio of the third driving gear 466 with respect to the third timing gear 463B. Therefore, the rotation speed N2 of the rotor 431 is the same as the rotation speed N3 of the rotor 441. FIG. Further, since the rotor 431 and the rotor 441 have the same shape, as described above, the movement volume ratio R Q2-3 between the second stage compression element and the third stage compression element is larger than 1. Become.

すなわち、本実施形態における1段目と2段目の間の関係は第1実施形態と同様であり(1段目と2段目のロータの長さが同じで、回転数が異なる)、2段目と3段目の間の関係は第2実施形態と同様である(2段目と3段目のロータの長さが異なり、回転数が同じ)。 That is, the relationship between the first stage and the second stage in this embodiment is the same as in the first embodiment (the length of the rotors of the first stage and the second stage is the same, but the rotation speed is different). The relationship between the second and third stages is the same as in the second embodiment (the lengths of the rotors of the second and third stages are different, and the number of revolutions is the same).

[第5実施形態]
次に、図20~図23を参照しながら、本発明の第5実施形態に係る多段ルーツ式ポンプについて詳述する。図20は、本実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの一例としての内装2段ルーツ式ポンプ500(以下、「ポンプ500」と省略して記載する。)の全体構成を示す部分断面図である。図21、図22および図23は、それぞれ、図20のXXI-XXI線、XXII-XXII線およびXXIII-XXIII線で切断した断面図である。第5実施形態のポンプ500は、第4実施形態に係るポンプ400と同様に、3段の圧縮要素を有する3段ルーツ式ポンプの例である。ここで、1段目(最も低圧側)と2段目(中間)との関係は、第4実施形態に係るポンプ400の1段目と2段目の関係と同様であるが、2段目(中間)と3段目(最も高圧側)との関係が、第4実施形態に係るポンプ400の2段目と3段目の関係と異なる例である。具体的には、ポンプ500では、2段目(中間)のロータ531と3段目(高圧側)のロータ541の長さが同一で、かつ、2段目のロータ531の回転数が3段目のロータ541の回転数よりも高いという例である。なお、以下では、第4実施形態と異なる点を中心に述べ、上述した実施形態と重複する説明を適宜省略する。
[Fifth embodiment]
Next, a multi-stage roots pump according to a fifth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 20 to 23. FIG. FIG. 20 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of an internal two-stage roots-type pump 500 (hereinafter abbreviated as "pump 500") as an example of a multi-stage roots-type pump according to the present embodiment. 21, 22 and 23 are cross-sectional views taken along lines XXI-XXI, XXII-XXII and XXIII-XXIII of FIG. 20, respectively. The pump 500 of the fifth embodiment is an example of a three-stage roots pump having three stages of compression elements, like the pump 400 of the fourth embodiment. Here, the relationship between the first stage (the lowest pressure side) and the second stage (intermediate) is the same as the relationship between the first stage and the second stage of the pump 400 according to the fourth embodiment. In this example, the relationship between (middle) and the third stage (highest pressure side) is different from the relationship between the second stage and the third stage of the pump 400 according to the fourth embodiment. Specifically, in the pump 500, the second (intermediate) rotor 531 and the third (high pressure side) rotor 541 have the same length, and the rotation speed of the second stage rotor 531 is three stages. This is an example in which the rotational speed is higher than that of the eye rotor 541 . In the following description, points different from the fourth embodiment will be mainly described, and descriptions that overlap with the above-described embodiments will be omitted as appropriate.

(多段ルーツ式ポンプの構成)
図20~図23に示すように、ポンプ500は、回転圧縮機の一種である3段ルーツ式ポンプであり、ケーシング510と、3段(3組)の圧縮要素と、駆動機構と、冷却機構とを主に備える。
(Configuration of multistage roots pump)
As shown in FIGS. 20 to 23, the pump 500 is a three-stage roots pump, which is a type of rotary compressor, and includes a casing 510, three stages (three sets) of compression elements, a drive mechanism, and a cooling mechanism. and

<ケーシング>
ケーシング510の構成および機能は、第4実施形態に係るケーシング410と同様である。
<Casing>
The configuration and function of casing 510 are similar to casing 410 according to the fourth embodiment.

<圧縮要素>
本実施形態の圧縮要素としては、単一のケーシング510内に、吸込口511側に位置する1段目(低圧側)の圧縮要素と、吐出口513側に位置する3段目(高圧側)の圧縮要素と、1段目と3段目の間に配置される2段目(中間)の圧縮要素の、3段の圧縮要素とが設けられている。3段の圧縮要素間には、仕切り板等は設けられておらず、複数の圧縮要素が、一体のケーシング510内に単一の段群として設けられている。各段の圧縮要素は、1対のロータと、当該1対のロータを支持する2本の回転軸と、をそれぞれ独立に有する。具体的には、本実施形態では、1段目の圧縮要素は、1対のロータ521、521と、2本の回転軸522、522とを有する。2段目の圧縮要素は、1対のロータ531、531と、2本の回転軸532、532とを有する。3段目の圧縮要素は、1対のロータ541、541と、2本の回転軸542、542とを有する。
<Compression element>
As the compression element of this embodiment, a first stage (low pressure side) compression element located on the suction port 511 side and a third stage (high pressure side) compression element located on the discharge port 513 side are provided in the single casing 510. and a second-stage (intermediate) compression element disposed between the first-stage and third-stage compression elements. No partition plate or the like is provided between the three stages of compression elements, and a plurality of compression elements are provided as a single stage group within the integral casing 510 . Each stage compression element independently has a pair of rotors and two rotary shafts that support the pair of rotors. Specifically, in this embodiment, the first-stage compression element has a pair of rotors 521 and 521 and two rotating shafts 522 and 522 . The second stage compression element has a pair of rotors 531 and 531 and two rotating shafts 532 and 532 . The third stage compression element has a pair of rotors 541 and 541 and two rotating shafts 542 and 542 .

図21に示すように、ロータ521は、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部521a、521b、521cを有する形状である。また、各突出部521a、521b、521cの間には、凹部521dが設けられている。同様に、ロータ531も、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部531a、531b、531cを有する形状である。また、各突出部531a、531b、531cの間には、凹部531dが設けられている。同様に、ロータ541も、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部541a、541b、541cを有する形状である。また、各突出部541a、541b、541cの間には、凹部541dが設けられている。 As shown in FIG. 21, the rotor 521 is a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped to have three pieces of projections 521a, 521b, 521c projecting radially from the center of rotation. In addition, recesses 521d are provided between the protrusions 521a, 521b, and 521c. Similarly, the rotor 531 is also a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped with three pieces of projections 531a, 531b, 531c projecting radially from the center of rotation. In addition, recesses 531d are provided between the protrusions 531a, 531b, and 531c. Similarly, the rotor 541 is also a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped with three pieces of projections 541a, 541b, 541c projecting radially from the center of rotation. In addition, recesses 541d are provided between the protrusions 541a, 541b, and 541c.

1対のロータ521、521は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸522、522は、1対のロータ521、521を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸522、522は、2つのベアリング523、523により支持されている。同様に、1対のロータ531、531は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸532、532は、1対のロータ531、531を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸532、532は、2つのベアリング533、533により支持されている。同様に、1対のロータ541、541も、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸542、542は、1対のロータ541、541を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸542、542は、2つのベアリング543、543により支持されている。さらに、本実施形態では、回転軸522と回転軸532と回転軸542とが、互いに平行となるように配置される。なお、以下、必要に応じて、ロータ531、541について、ロータ521と重複する説明を省略し、ロータ521の内容を適宜読み替えるものとする。 The pair of rotors 521, 521 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 522, 522 rotatably support a pair of rotors 521, 521 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 522 , 522 are supported by two bearings 523 , 523 . Similarly, a pair of rotors 531, 531 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 532, 532 rotatably support a pair of rotors 531, 531 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 532 , 532 are supported by two bearings 533 , 533 . Similarly, a pair of rotors 541, 541 are also provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 542, 542 rotatably support a pair of rotors 541, 541 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 542 and 542 are supported by two bearings 543 and 543 . Furthermore, in this embodiment, the rotating shaft 522, the rotating shaft 532, and the rotating shaft 542 are arranged so as to be parallel to each other. In the following description, the description of the rotors 531 and 541 that overlaps with that of the rotor 521 will be omitted as necessary, and the contents of the rotor 521 will be read appropriately.

1対のロータ521、521同士およびロータ521とケーシング510の内面510aとが接触しないように、各々のロータ521、521同士の間および突出部521a、521b、521cの先端(葉端)とケーシング510の内面510aと間には、わずかなすき間ができるように、ロータ521が配置される。このすき間の大きさについては、第1実施形態と同様である。各々のロータ521、521は、後述するタイミングギヤ561A、561Bにより回転位相が維持されており、ロータ521の断面形状は、例えば、いわゆるインボリュート曲線となっているため、上記のわずかなすき間、すなわち、シールされた状態を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。同様に、ロータ531は、対となるロータ531およびケーシング510の内面510dとの間にわずかなすき間ができるように配置される。また、1対のロータ531、531は、わずかなすき間を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。同様に、ロータ541は、対となるロータ541およびケーシング510の内面510gとの間にわずかなすき間ができるように配置される。また、1対のロータ541、541は、わずかなすき間を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。その他、ロータ521、531、541の構成および機能は、上述した各実施形態に係るロータの構成および機能と同様である。 Between the rotors 521 and 521 and between the tips (leaf ends) of the projections 521a, 521b and 521c and the casing 510, so that the pair of rotors 521 and 521 and the rotor 521 and the inner surface 510a of the casing 510 do not come into contact with each other. A rotor 521 is arranged with a slight gap between the inner surface 510a of the . The size of this gap is the same as in the first embodiment. Rotation phases of the rotors 521 and 521 are maintained by timing gears 561A and 561B, which will be described later, and the cross-sectional shape of the rotor 521 is, for example, a so-called involute curve. They can rotate in opposite directions without touching each other while remaining sealed. Similarly, the rotor 531 is arranged so that a slight gap is formed between the paired rotor 531 and the inner surface 510 d of the casing 510 . Also, the pair of rotors 531, 531 can rotate in opposite directions while maintaining a small gap without contacting each other. Similarly, the rotor 541 is arranged so that a slight gap is formed between the paired rotor 541 and the inner surface 510 g of the casing 510 . Also, the pair of rotors 541, 541 can rotate in opposite directions while maintaining a small gap without coming into contact with each other. Other configurations and functions of the rotors 521, 531, and 541 are the same as those of the rotors according to the above-described embodiments.

ポンプ500では、1段目の圧縮要素であるロータ521、回転軸522等と、2段目の圧縮要素であるロータ531、回転軸532等と、3段目の圧縮要素であるロータ541、回転軸542等と、は、単一のケーシング510内において、同じ段の2本の回転軸522、522(または2本の回転軸532、532、または2本の回転軸542、542)を含む仮想の平面の法線方向に沿って、並列に配置されている。すなわち、1段目のロータ521と2段目のロータ531と3段目のロータ541とは、それぞれ、別の軸に支持されており、かつ、同じ段の2本の回転軸が互いに平行で、かつ、異なる段の2本の回転軸も互いに平行に配置される。換言すると、ガスの吸込口511、1段目のロータ521、2段目のロータ531、3段目のロータ541および吐出口513が、鉛直方向に沿って並んで配置される。したがって、ガスが吸込口511からケーシング510内に導入されると(図21の矢印Gs)、鉛直下方に進み、ロータ521により圧縮された後に、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素の中間に進む(図21の矢印Gm1)。ロータ521により圧縮されたガスは、さらに鉛直下方に進み、2段目のロータ531により圧縮された後に、2段目の圧縮要素と3段目の圧縮要素の中間に進む(図21の矢印Gm2)。ロータ531により圧縮されたガスは、さらに鉛直下方に進み、3段目のロータ541により圧縮された後に、そのまま吐出口513からケーシング510外に排出される(図21の矢印Gd)。 In the pump 500, a rotor 521, a rotating shaft 522, etc., which are first-stage compression elements, a rotor 531, a rotating shaft 532, etc., which are second-stage compression elements, a rotor 541, which is a third-stage compression element, and a rotation Axes 542, etc. are virtual shafts that include two rotary shafts 522, 522 (or two rotary shafts 532, 532, or two rotary shafts 542, 542) of the same stage in a single casing 510. are arranged in parallel along the normal direction of the plane of That is, the first-stage rotor 521, the second-stage rotor 531, and the third-stage rotor 541 are each supported by different shafts, and the two rotation shafts of the same stage are parallel to each other. and the two rotating shafts of different stages are also arranged parallel to each other. In other words, the gas suction port 511, the first stage rotor 521, the second stage rotor 531, the third stage rotor 541 and the gas discharge port 513 are arranged side by side along the vertical direction. Therefore, when the gas is introduced into the casing 510 from the suction port 511 (arrow Gs in FIG. 21), it travels vertically downward, is compressed by the rotor 521, and then passes through the first stage compression element and the second stage compression element. (arrow Gm1 in FIG. 21). The gas compressed by the rotor 521 further travels vertically downward, and after being compressed by the second-stage rotor 531, travels between the second-stage compression element and the third-stage compression element (arrow Gm2 in FIG. 21). ). The gas compressed by the rotor 531 further travels vertically downward, and after being compressed by the third-stage rotor 541, is directly discharged out of the casing 510 through the discharge port 513 (arrow Gd in FIG. 21).

このように、本実施形態に係るポンプ500によれば、単一のケーシング510内において、1段目のロータ521と2段目のロータ531と3段目のロータ541とが別の軸上に並列に配置されている。そのため、1段目の圧縮要素(ロータ521)と2段目の圧縮要素(ロータ531)との間、および、2段目の圧縮要素(ロータ531)と3段目の圧縮要素(ロータ541)との間に仕切りを設けなくても、ロータ521、531、541の配置自体で、3段の圧縮要素のポンプ作動領域に分けることができる。また、直列内装型多段ルーツ式ポンプの場合には、3段のロータを有する場合、ロータ3つ分以上の回転軸の長さが必要となるが、ポンプ500では、ロータ521とロータ531とロータ541とが別軸上に並列に配置されているため、ロータの回転軸の長さは、ロータ1つ分程度の長さで足りる。このような構成により生じる効果については、第4実施形態と同様である。 Thus, according to the pump 500 according to the present embodiment, the rotor 521 of the first stage, the rotor 531 of the second stage, and the rotor 541 of the third stage are arranged on different axes in the single casing 510. arranged in parallel. Therefore, between the first-stage compression element (rotor 521) and the second-stage compression element (rotor 531), and between the second-stage compression element (rotor 531) and the third-stage compression element (rotor 541) The arrangement of the rotors 521, 531, and 541 itself can divide the three-stage compression element pump operation regions without providing a partition between them. In addition, in the case of a series-internal multistage roots-type pump, if it has three stages of rotors, the length of the rotating shaft of three rotors or more is required. 541 are arranged in parallel on different shafts, the length of the rotation shaft of the rotor is sufficient for about one rotor. The effect produced by such a configuration is the same as that of the fourth embodiment.

また、後述するように、1段目のロータ521の長さL1と、2段目のロータ531の長さL2と、3段目のロータ541の長さL3とをすべて同じ長さにできる。したがって、本実施形態のポンプ500によれば、1段目のロータ521と2段目のロータ531と3段目のロータ541に同じロータ(形状および大きさが同じロータ)を使用できるので、部品の種類が減らせるとともに、同じロータを使用できることから組立が容易になるというメリットが非常に大きい。その結果、生産効率のさらなる向上やコストのさらなる削減につながる。 Further, as will be described later, the length L1 of the first stage rotor 521, the length L2 of the second stage rotor 531, and the length L3 of the third stage rotor 541 can all be the same length. Therefore, according to the pump 500 of the present embodiment, the same rotors (rotors having the same shape and size) can be used for the first-stage rotor 521, the second-stage rotor 531, and the third-stage rotor 541. The number of types of rotors can be reduced, and the same rotor can be used, which greatly simplifies assembly. As a result, it leads to further improvement of production efficiency and further reduction of cost.

<移動容積比>
本実施形態のポンプ500では、別の回転軸上に並列に配置された1段目の圧縮要素(ロータ521)と2段目の圧縮要素(ロータ531)との間において、第4実施形態と同様に、下記式(1)で表される移動容積比Rが1より大きい。
=Qth/Qth ・・・(1)
<Transfer volume ratio>
In the pump 500 of the present embodiment, between the first-stage compression element (rotor 521) and the second-stage compression element (rotor 531) arranged in parallel on another rotating shaft, Similarly, the moving volume ratio RQ represented by the following formula (1) is greater than one.
RQ = QthL / QthH (1)

ここで、本実施形態における移動容積Qthとは、いわゆる押しのけ量のことであり、回転数Nに比例した、ケーシング510とロータ521、ロータ531またはロータ541とで囲まれた空間の時間当たりの理論容積である。すなわち、移動容積Qth(m/min)は、以下の式(2)で表される。
Qth=Vth(m/rev)×N(min-1
=A(m/rev)×L(m)×N(min-1) ・・・(2)
Here, the movement volume Qth in the present embodiment is a so-called displacement amount, which is proportional to the rotational speed N, and is the theoretical amount per hour of the space surrounded by the casing 510 and the rotor 521, the rotor 531, or the rotor 541. Volume. That is, the movement volume Qth (m 3 /min) is represented by the following formula (2).
Qth=Vth(m 3 /rev)×N(min −1 )
=A (m 2 /rev) x L (m) x N (min -1 ) (2)

ただし、式(2)において、Vthは、押しのけ容積であり、Nは、ロータの回転数であり、Aは、1回転当たりの移動面積であり、Lは、ロータの長さである。移動面積Aは、押しのけ容積Vtの回転軸522、532、542に垂直な断面における断面積である。 where, in equation (2), Vth is the displacement, N is the number of rotations of the rotor, A is the moving area per revolution, and L is the length of the rotor. The area of movement A is the cross-sectional area of the displacement volume Vt in a cross-section perpendicular to the axis of rotation 522, 532, 542.

本実施形態のポンプ500における1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2は、第4実施形態のポンプ400における1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2と同様にして計算されるため、詳細な説明を省略する。 The moving volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage in the pump 500 of the present embodiment is the moving volume ratio R Q1- between the first stage and the second stage in the pump 400 of the fourth embodiment . 2 , detailed description is omitted.

また、ポンプ500では、別の回転軸上に並列に配置された2段目の圧縮要素(ロータ531)と3段目の圧縮要素(ロータ541)との間においても、上記式(1)で表される移動容積比Rが1より大きい。 Further, in the pump 500, between the second-stage compression element (rotor 531) and the third-stage compression element (rotor 541) arranged in parallel on separate rotating shafts, the above equation (1) The represented transfer volume ratio RQ is greater than one.

ただし、2段目と3段目の間の移動容積比RQ2-3を求める場合、式(1)において、Qthは、2段目の圧縮要素と3段目の圧縮要素のうち低圧側の圧縮要素(本実施形態では2段目の圧縮要素)の移動容積であり、Qthは、高圧側の圧縮要素(本実施形態では3段目の圧縮要素)の移動容積である。 However, when obtaining the movement volume ratio R Q2-3 between the second stage and the third stage, Qth L in the equation (1) is the low pressure side of the second stage compression element and the third stage compression element. and Qth H is the displacement of the high-pressure side compression element (the third-stage compression element in the present embodiment).

上述したように、移動容積Qth(m/min)は、上記式(2)で表される。したがって、本実施形態のポンプ500における2段目と3段目の間の移動容積比RQ2-3は、以下のようにして計算される。まず、2段目のロータ531を例に挙げると、左右1対のロータ531、531が1回転する毎に、それぞれ、ガスの吸い込みと吐き出しが6回(左側のロータ531と右側のロータ531とで、それぞれ3回ずつ)繰り返される。3段目のロータ541についても同様である。ここで、上述したように、2段目(中間)の圧縮要素の移動面積A2は、A2=6×S2となる。同様に、ロータ541の2片の突出部(例えば、突出部541bと突出部541c)とケーシング510の内面510gとで囲まれる空間の回転軸542に垂直な断面の断面積をS3とすると、3段目(高圧側)の圧縮要素の移動面積A3は、A3=6×S3となる。以上より、2段目と3段目の間の移動容積比RQ2-3は、下記式(5)で表される。 As described above, the movement volume Qth (m 3 /min) is represented by the above formula (2). Therefore, the displacement volume ratio R Q2-3 between the second stage and the third stage in the pump 500 of this embodiment is calculated as follows. First, taking the second stage rotor 531 as an example, each time the pair of left and right rotors 531, 531 makes one rotation, gas is sucked and discharged six times (the left rotor 531 and the right rotor 531 each perform gas intake and discharge six times). and 3 times each) is repeated. The same applies to the third stage rotor 541 . Here, as described above, the moving area A2 of the second stage (intermediate) compression element is A2=6×S2. Similarly, if S3 is the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the rotating shaft 542 of the space surrounded by the two protruding portions of the rotor 541 (for example, the protruding portion 541b and the protruding portion 541c) and the inner surface 510g of the casing 510, then 3 The moving area A3 of the compression element on the stage (high pressure side) is A3=6×S3. From the above, the movement volume ratio R Q2-3 between the second stage and the third stage is expressed by the following formula (5).

Figure 0007179315000012
Figure 0007179315000012

ただし、式(5)において、Qth2は2段目の圧縮要素の移動容積、Qth3は3段目の圧縮要素の移動容積、N2は2段目のロータ531の回転数、N3は3段目のロータ541の回転数を表す。ここで、ロータ531とロータ541の直径および形状は同一である。したがって、2段目の移動面積A2と3段目の移動面積A3は等しい。また、図20に示すように、ロータ531の長さL2とロータ541の長さL3は等しい。よって、上記式(5)は、以下の式(5-2)のように書き替えられる。 However, in equation (5), Qth2 is the movement volume of the second stage compression element, Qth3 is the movement volume of the third stage compression element, N2 is the rotation speed of the second stage rotor 531, N3 is the third stage It represents the rotation speed of the rotor 541 . Here, the rotors 531 and 541 have the same diameter and shape. Therefore, the moving area A2 of the second stage is equal to the moving area A3 of the third stage. Also, as shown in FIG. 20, the length L2 of the rotor 531 and the length L3 of the rotor 541 are equal. Therefore, the above formula (5) can be rewritten as the following formula (5-2).

Figure 0007179315000013
Figure 0007179315000013

したがって、本実施形態では、2段目と3段目の間の移動容積比RQ2-3を1より大きくするためには、2段目のロータ531の回転数N2を3段目のロータ541の回転数N3よりも高くすればよい(N2>N3)。ここで、1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2を1より大きくするためには、1段目のロータ521の回転数N1を2段目のロータ回転数N2よりも高くすればよい(N1>N2)ことから、本実施形態では、各ロータ521、531、541の回転数の関係は、N1>N2>N3となる。このように、本実施形態の2段目と3段目の間でも、2段目の圧縮要素の回転数N2と3段目の圧縮要素の回転数N3の回転数比(N2/N3)により、2段目と3段目の間の移動容積比RQ2-3が決定される。これにより、1段目のロータ521の長さL1と、2段目のロータ531の長さL2と、3段目のロータ541の長さL3とをすべて同一にできるので、1段目のロータ521と2段目のロータ531と3段目のロータ541をポンプ500の部品としてすべて共通化できる。 Therefore, in this embodiment, in order to make the moving volume ratio R Q2-3 between the second stage and the third stage greater than 1, the rotational speed N2 of the second stage rotor 531 is set to should be higher than the rotational speed N3 of (N2>N3). Here, in order to make the moving volume ratio RQ1-2 between the first stage and the second stage greater than 1, the rotational speed N1 of the rotor 521 in the first stage must be higher than the rotor rotational speed N2 in the second stage. Since it should be higher (N1>N2), the relationship between the rotational speeds of the rotors 521, 531 and 541 is N1>N2>N3 in this embodiment. In this way, even between the second stage and the third stage in this embodiment, the rotation speed ratio (N2/N3) between the rotation speed N2 of the second stage compression element and the rotation speed N3 of the third stage compression element , the displacement volume ratio R Q2-3 between the second stage and the third stage is determined. As a result, the length L1 of the rotor 521 of the first stage, the length L2 of the rotor 531 of the second stage, and the length L3 of the rotor 541 of the third stage can all be made the same. 521 , the second stage rotor 531 and the third stage rotor 541 can all be made common as parts of the pump 500 .

以上のように、移動容積比Rが1より大きいと、ポンプ500の駆動軸567の軸動力を低減できる。なお、本実施形態では、1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2と、2段目と3段目の間の移動容積比RQ2-3とが双方ともに1より大きい場合が例示されている。この場合には、軸動力の低減効果が顕著に向上できる。ただし、本発明に係る3段ルーツ式ポンプとしては、RQ1-2とRQ2-3の少なくともいずれか一方の移動容積比が1より大きければよい。例えば、RQ1-2とRQ2-3のいずれか一方が1より大きく、他方が1である3段ルーツ式ポンプも、本発明に係る多段ルーツ式ポンプとして使用できる。 As described above, when the displacement volume ratio RQ is greater than 1, the shaft power of the drive shaft 567 of the pump 500 can be reduced. In the present embodiment, both the moving volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage and the moving volume ratio R Q2-3 between the second stage and the third stage are greater than 1. A case is illustrated. In this case, the effect of reducing the shaft power can be significantly improved. However, in the three-stage roots pump according to the present invention, at least one of R Q1-2 and R Q2-3 should have a movement volume ratio greater than one. For example, a three-stage roots pump in which either one of R Q1-2 and R Q2-3 is greater than one and the other is one can also be used as a multi-stage roots pump according to the present invention.

<駆動機構>
図20、図22および図23に示すように、本実施形態の駆動機構は、1対の第1タイミングギヤ561(561A、561B)と、1対の第2タイミングギヤ562(562A、562B)と、1対の第3タイミングギヤ563(563A、563B)と、第1駆動ギヤ564と、第2駆動ギヤ565と、2-3段間中間ギヤ566と、第3駆動ギヤ567と、モータ入力軸である駆動軸568と、を備える。
<Drive Mechanism>
As shown in FIGS. 20, 22 and 23, the drive mechanism of this embodiment includes a pair of first timing gears 561 (561A, 561B), a pair of second timing gears 562 (562A, 562B), and , a pair of third timing gears 563 (563A, 563B), a first drive gear 564, a second drive gear 565, a 2-3 stage intermediate gear 566, a third drive gear 567, and a motor input shaft and a drive shaft 568 .

1対の第1タイミングギヤ561A、561Bは、1段目の2本の回転軸522の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ521、521の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。1対の第2タイミングギヤ562A、562Bは、2段目の2本の回転軸532の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ531、531の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。1対の第3タイミングギヤ563A、563Bは、2段目の2本の回転軸542の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ531、531の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。 A pair of first timing gears 561A and 561B are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 522 of the first stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 521 and 521 match each other. , have the same number of teeth. A pair of second timing gears 562A and 562B are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 532 of the second stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 531 and 531 match each other. , have the same number of teeth. A pair of third timing gears 563A and 563B are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 542 of the second stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 531 and 531 match each other. , have the same number of teeth.

また、第1駆動ギヤ564は、1対の第1タイミングギヤ561のうちの一方の第1タイミングギヤ561Aと噛み合うように設けられており、第2駆動ギヤ565は、1対の第2タイミングギヤ562のうちの一方の第2タイミングギヤ562Aと噛み合うように設けられており、第3駆動ギヤ567は、1対の第3タイミングギヤ563のうちの一方の第3タイミングギヤ563Aと噛み合うように設けられている。また、2-3段間中間ギヤ566は、1対の第2タイミングギヤ562のうちの一方の第2タイミングギヤ562Aと噛み合うように設けられている。すなわち、第2タイミングギヤ562Aは、第2駆動ギヤ565と2-3段間中間ギヤ566の両方と噛み合うように設けられている。さらに、駆動軸568は、第1駆動ギヤ564と第2駆動ギヤ565とを回転可能に支持する。すなわち、第1駆動ギヤ564と第2駆動ギヤ565とは、同一の駆動軸に回転可能に支持される。また、駆動軸568は、後述するサイドカバー580に設けられたベアリング569と、ベアリング・ギヤ室573に設けられたベアリング569とにより支持されている。ベアリング・ギヤ室573に設けられたベアリング569側の駆動軸568の軸端は、モータ(図示せず。)に接続されている。また、2-3段間中間ギヤ566と第3駆動ギヤ567とは、同一の回転軸570に回転可能に支持されている。回転軸570の一方の軸端(2-3段間中間ギヤ側の軸端)は、サイドカバー480に設けられたベアリング571により支持され、他方の軸端(第3駆動ギヤ571側の軸端)は、ベアリング・ギヤ室573に設けられたベアリング571に支持されている。 The first drive gear 564 is provided so as to mesh with one of the pair of first timing gears 561, the first timing gear 561A, and the second drive gear 565 is engaged with the pair of second timing gears. 562, and the third drive gear 567 is provided to mesh with one of the pair of third timing gears 563, the third timing gear 563A. It is The 2nd-3rd step intermediate gear 566 is provided so as to mesh with one second timing gear 562A of the pair of second timing gears 562 . That is, the second timing gear 562A is provided so as to mesh with both the second drive gear 565 and the intermediate gear 566 between 2nd and 3rd stages. Furthermore, the drive shaft 568 rotatably supports the first drive gear 564 and the second drive gear 565 . That is, the first drive gear 564 and the second drive gear 565 are rotatably supported by the same drive shaft. The drive shaft 568 is supported by a bearing 569 provided in a side cover 580 and a bearing 569 provided in a bearing/gear chamber 573, which will be described later. The shaft end of the drive shaft 568 on the bearing 569 side provided in the bearing/gear chamber 573 is connected to a motor (not shown). Also, the intermediate gear 566 between 2nd and 3rd stages and the third drive gear 567 are rotatably supported by the same rotating shaft 570 . One shaft end of the rotating shaft 570 (the shaft end on the side of the intermediate gear between the second and third stages) is supported by a bearing 571 provided in the side cover 480, and the other shaft end (the shaft end on the side of the third drive gear 571) is supported. ) is supported by a bearing 571 provided in a bearing/gear chamber 573 .

上述したように、本実施形態では、ロータ521の長さL1とロータ531の長さL2とロータ541の長さL3とが同じである。したがって、1段目と2段目の間の移動容積比を1より大きくする(RQ1-2>1とする)ためには、1段目のロータ521の回転数を2段目のロータ531の回転数より高くする必要がある。言い換えると、1段目のロータ521の回転速度を2段目のロータ531の回転速度より速くする必要がある。そこで、ポンプ500では、1段目のロータ521の回転数が2段目のロータ531の回転数より高くなるように、第1駆動ギヤ564および第2駆動ギヤ565の歯数が設定される。例えば、駆動軸568の回転速度から回転軸522、532の回転速度を減速させる場合には、第1駆動ギヤ564の減速比が第2駆動ギヤ565の減速比よりも小さくなるように、第1駆動ギヤ564および第2駆動ギヤ565の歯数を設定すればよい。この場合、第1タイミングギヤ561と第2タイミングギヤ562の歯数が同じであるとすると、第1駆動ギヤ564の歯数を第2駆動ギヤ565の歯数よりも多くすればよい。各駆動ギヤ564、565の減速比をどの程度とするかは、所望の移動容積比RQ1-2が得られるように適宜決定すればよい。一方、駆動軸568の回転速度から回転軸522、532の回転速度を増速させる場合や同等の場合であっても、1段目のロータ521の回転数が、2段目のロータ531の回転数よりも高くなるように、第1駆動ギヤ564および第2駆動ギヤ565の歯数が設定されれば差し支えない。 As described above, in this embodiment, the length L1 of the rotor 521, the length L2 of the rotor 531, and the length L3 of the rotor 541 are the same. Therefore, in order to make the movement volume ratio between the first stage and the second stage larger than 1 (R Q1-2 >1), the rotational speed of the first stage rotor 521 is set to should be higher than the rpm of the In other words, the rotation speed of the rotor 521 in the first stage needs to be faster than the rotation speed of the rotor 531 in the second stage. Therefore, in pump 500, the number of teeth of first drive gear 564 and second drive gear 565 is set such that the rotation speed of rotor 521 in the first stage is higher than the rotation speed of rotor 531 in the second stage. For example, when reducing the rotation speed of the rotation shafts 522 and 532 from the rotation speed of the drive shaft 568 , the first drive gear 564 has a lower speed reduction ratio than the second drive gear 565 . The number of teeth of the driving gear 564 and the second driving gear 565 should be set. In this case, if the number of teeth of the first timing gear 561 and the number of teeth of the second timing gear 562 are the same, the number of teeth of the first driving gear 564 should be larger than that of the second driving gear 565 . The speed reduction ratio of each drive gear 564, 565 may be appropriately determined so as to obtain the desired movement volume ratio RQ1-2 . On the other hand, even when the rotation speed of the rotation shafts 522 and 532 is increased from the rotation speed of the drive shaft 568 or in the same case, the rotation speed of the rotor 521 in the first stage is equal to the rotation speed of the rotor 531 in the second stage. There is no problem if the number of teeth of the first drive gear 564 and the second drive gear 565 is set so as to be higher than the number.

同様に、2段目と3段目の間の移動容積比を1より大きくする(RQ2-3>1とする)ためには、2段目のロータ531の回転数を3段目のロータ541の回転数より高くする(回転速度より速くする)必要がある。そこで、ポンプ500では、2段目のロータ531の回転数が3段目のロータ541の回転数より高くなるように、2-3段間中間ギヤ566および第3駆動ギヤ567の歯数が設定される。図示した例では、同一の回転軸570に支持された2-3段間中間ギヤ566と第3駆動ギヤ567の回転数が同じである。そのため、2-3段間中間ギヤ566により減速される第2タイミングギヤ562の減速比が、第3駆動ギヤ567により減速される第3タイミングギヤ563の減速比よりも小さくなるように、2-3段間中間ギヤ566および第3駆動ギヤ567の歯数を設定すればよい。この場合、第2タイミングギヤ562と第3タイミングギヤ563の歯数が同じであるとすると、2-3段間中間ギヤ566の歯数を第3駆動ギヤ567の歯数よりも多くすればよい。2-3段間中間ギヤ566および第3駆動ギヤ567による減速比をどの程度とするかは、所望の移動容積比RQ2-3が得られるように適宜決定すればよい。このようなギヤ構成以外であっても、2段目のロータ531の回転数が、3段目のロータ541の回転数よりも高くなるように、2-3段間中間ギヤ566および第3駆動ギヤ567の歯数が設定されれば差し支えない。なお、各ロータ521、531、541の回転数をどの程度とするかは、所望の風量および移動容積比RQ1-2、RQ2-3が得られるように適宜決定すればよい。 Similarly, in order to make the movement volume ratio between the second stage and the third stage greater than 1 (R Q2-3 >1), the rotation speed of the second stage rotor 531 is set to It is necessary to make it higher than the 541 rotation speed (faster than the rotation speed). Therefore, in the pump 500, the number of teeth of the intermediate gear 566 between the second and third stages and the third drive gear 567 is set so that the rotation speed of the rotor 531 of the second stage is higher than the rotation speed of the rotor 541 of the third stage. be done. In the illustrated example, the 2nd-3rd step intermediate gear 566 and the third drive gear 567 supported by the same rotary shaft 570 have the same rotational speed. Therefore, the speed reduction ratio of the second timing gear 562 reduced by the intermediate gear 566 between the 2nd and 3rd stages is smaller than the reduction ratio of the third timing gear 563 reduced by the third driving gear 567. The number of teeth of the three-stage intermediate gear 566 and the third driving gear 567 may be set. In this case, assuming that the second timing gear 562 and the third timing gear 563 have the same number of teeth, the number of teeth of the second-to-third stage intermediate gear 566 should be larger than the number of teeth of the third drive gear 567. . The speed reduction ratio of the 2nd-3rd step intermediate gear 566 and the third drive gear 567 may be appropriately determined so as to obtain the desired movement volume ratio R Q2-3 . Even with a gear configuration other than this, the 2nd-3rd stage intermediate gear 566 and the third driving gear are arranged so that the rotation speed of the rotor 531 in the second stage is higher than the rotation speed of the rotor 541 in the third stage. It does not matter if the number of teeth of the gear 567 is set. The rotational speeds of the rotors 521, 531, and 541 may be appropriately determined so as to obtain the desired air volume and movement volume ratios R Q1-2 and R Q2-3 .

<冷却機構>
ポンプ500には、図21に示すように、冷却機構として、冷却器1、2と、中間吐出口515、517と、中間逆流冷却ガス導入口516、518(以下、単に「冷却ガス導入口516、518」と記載する。)とが設けられている。冷却器1、2は、本実施形態の冷却部の一例であり、ケーシング510の外部に設けられる。中間吐出口515、517は、ケーシング510の側面に、それぞれ少なくとも1つずつ設けられる。冷却ガス導入口516、518は、本実施形態の第1冷却ガス導入口の一例であり、ケーシング510の側面に、それぞれ少なくとも1つずつ設けられる。
<Cooling mechanism>
As shown in FIG. 21, the pump 500 includes coolers 1 and 2, intermediate outlets 515 and 517, and intermediate backflow cooling gas inlets 516 and 518 (hereinafter simply referred to as "cooling gas inlet 516") as cooling mechanisms. , 518”) are provided. The coolers 1 and 2 are an example of the cooling section of this embodiment, and are provided outside the casing 510 . At least one intermediate discharge port 515 , 517 is provided on each side surface of the casing 510 . The cooling gas introduction ports 516 and 518 are examples of the first cooling gas introduction ports of this embodiment, and at least one each is provided on the side surface of the casing 510 .

冷却器1は、中間吐出口515および冷却ガス導入口516と接続され、中間吐出口515から排出されたガスを冷却する。冷却器2は、中間吐出口517および冷却ガス導入口518と接続され、中間吐出口517から排出されたガスを冷却する。冷却器1、2としては、第4実施形態と同じものを使用できる。 Cooler 1 is connected to intermediate outlet 515 and cooling gas inlet 516 and cools the gas discharged from intermediate outlet 515 . Cooler 2 is connected to intermediate outlet 517 and cooling gas inlet 518 and cools the gas discharged from intermediate outlet 517 . As the coolers 1 and 2, the same ones as in the fourth embodiment can be used.

中間吐出口515、517は、それぞれ、第4実施形態に係る中間吐出口415、417と実質的に同じ構成および機能を有する。 The intermediate outlets 515, 517 have substantially the same configuration and function as the intermediate outlets 415, 417 according to the fourth embodiment, respectively.

冷却ガス導入口516(516A、516B)は、第4実施形態に係る冷却ガス導入口416(416A、416B)と実質的に同じ機能および構成を有し、冷却ガス導入口518(518A、518B)は、第4実施形態に係る冷却ガス導入口418(418A、418B)と実質的に同じ機能および構成を有する。 The cooling gas inlets 516 (516A, 516B) have substantially the same function and configuration as the cooling gas inlets 416 (416A, 416B) according to the fourth embodiment, and the cooling gas inlets 518 (518A, 518B) have substantially the same function and configuration as the cooling gas introduction ports 418 (418A, 418B) according to the fourth embodiment.

ここで、中間吐出口515が設けられた1段目の圧縮要素の吐出側と2段目の圧縮要素の吸込側の中間位置の圧力(中間圧力Pm1)は、1段目の圧縮要素(ロータ521)からの吐出圧力と等しく、また、この圧力は、2段目の圧縮要素(ロータ531)への吸込圧力とも等しい。中間圧力Pm1は、ロータ521とケーシング510とで囲まれた空間の圧力Pr1以上(Pm1≧Pr1)であるため、中間吐出口515から排出されたガスは、冷却器1を通過して、循環される。その結果、1段目の圧縮要素から吐き出されるガスの温度が低下するため、1段目(低圧側)の圧縮要素で圧縮されて温度が上昇したガスが、放熱されずに2段目(高圧側)の圧縮要素に直接吸い込まれることを防止できる。その結果、2段目の圧縮要素で圧縮されたガスの著しい温度上昇も抑制できる。同様に、中間吐出口517が設けられた2段目の圧縮要素の吐出側と3段目の圧縮要素の吸込側の中間位置の圧力(中間圧力Pm2)は、2段目の圧縮要素(ロータ531)からの吐出圧力と等しく、また、この圧力は、3段目の圧縮要素(ロータ541)への吸込圧力とも等しい。中間圧力Pm2は、ロータ531とケーシング510とで囲まれた空間の圧力Pr2以上(Pm2≧Pr2)であるため、中間吐出口517から排出されたガスは、冷却器2を通過して、循環される。その結果、2段目の圧縮要素から吐き出されるガスの温度が低下するため、2段目(低圧側)の圧縮要素で圧縮されて温度が上昇したガスが、放熱されずに3段目(高圧側)の圧縮要素に直接吸い込まれることを防止できる。その結果、3段目の圧縮要素で圧縮されたガスの著しい温度上昇も抑制できる。 Here, the pressure (intermediate pressure Pm1) at the intermediate position between the discharge side of the first-stage compression element provided with the intermediate discharge port 515 and the suction side of the second-stage compression element is the pressure of the first-stage compression element (rotor 521) and this pressure is also equal to the suction pressure to the second stage compression element (rotor 531). Since the intermediate pressure Pm1 is equal to or higher than the pressure Pr1 of the space surrounded by the rotor 521 and the casing 510 (Pm1≧Pr1), the gas discharged from the intermediate discharge port 515 passes through the cooler 1 and is circulated. be. As a result, the temperature of the gas discharged from the first-stage compression element decreases, so the gas that has been compressed by the first-stage (low-pressure side) compression element and rises in temperature does not dissipate heat, and the second-stage (high-pressure side) can be prevented from being directly sucked into the compression element. As a result, it is possible to suppress a significant temperature rise of the gas compressed by the second-stage compression element. Similarly, the pressure (intermediate pressure Pm2) at an intermediate position between the discharge side of the second-stage compression element provided with the intermediate discharge port 517 and the suction side of the third-stage compression element is the pressure of the second-stage compression element (rotor 531) and this pressure is also equal to the suction pressure to the third stage compression element (rotor 541). Since the intermediate pressure Pm2 is equal to or higher than the pressure Pr2 of the space surrounded by the rotor 531 and the casing 510 (Pm2≧Pr2), the gas discharged from the intermediate discharge port 517 passes through the cooler 2 and is circulated. be. As a result, the temperature of the gas discharged from the second stage compression element decreases, so the gas whose temperature has risen due to being compressed by the second stage (low pressure side) compression element does not dissipate heat and the third stage (high pressure side) side) can be prevented from being directly sucked into the compression element. As a result, it is possible to suppress a significant temperature rise of the gas compressed by the third-stage compression element.

1-2段間の中間位置のガスを冷却する冷却機構(すなわち、中間吐出口515、冷却器1および冷却ガス導入口516とからなる冷却機構)と、2-3段間の中間位置のガスを冷却する冷却機構(すなわち、中間吐出口517、冷却器2および冷却ガス導入口518とからなる冷却機構)のうち、いずれか一方のみでも吐出ガスの温度上昇の抑制効果は得られるが、より確実に吐出ガスの温度上昇を抑制するには、両方とも設けた方がよいことは、第4実施形態と同様である。 A cooling mechanism (that is, a cooling mechanism consisting of an intermediate discharge port 515, a cooler 1, and a cooling gas inlet 516) for cooling the gas at the intermediate position between the 1st and 2nd stages, and the gas at the intermediate position between the 2nd and 3rd stages (that is, the cooling mechanism consisting of the intermediate discharge port 517, the cooler 2, and the cooling gas inlet 518), the effect of suppressing the temperature rise of the discharge gas can be obtained even if only one of them is used. As in the fourth embodiment, it is better to provide both in order to reliably suppress the temperature rise of the discharge gas.

なお、冷却ガス導入口516、518の個数については、第4実施形態に係る冷却ガス導入口416、418と同様に、少なくとも1つ設けられていれば、上記のガスの著しい温度上昇の抑制効果は得られる。ただし、ケーシング510内を均一に冷却するためには、図21に示すように、冷却ガス導入口516、518がケーシング510の左右両側面から、冷却器1、2により冷却されたガスを導入することが好ましい。 As for the number of the cooling gas inlets 516 and 518, as with the cooling gas inlets 416 and 418 according to the fourth embodiment, if at least one is provided, the effect of suppressing the above-described significant temperature rise of the gas is obtained. is obtained. However, in order to uniformly cool the inside of the casing 510, as shown in FIG. is preferred.

また、ポンプ500には、第4実施形態のポンプ400と同様に、冷却器1と接続された逆止弁3および冷却器2と接続された逆止弁4が設けられている。逆止弁3、4の構成および機能は、第4実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。 Further, the pump 500 is provided with the check valve 3 connected to the cooler 1 and the check valve 4 connected to the cooler 2, like the pump 400 of the fourth embodiment. The configurations and functions of the check valves 3 and 4 are the same as those of the fourth embodiment, so detailed description thereof will be omitted.

上述した構成を有する本実施形態の冷却機構を設けることにより、1段目の圧縮要素から吐出されるガスの温度が低下するとともに、2段目の圧縮要素から吐出されるガスの温度も低下することから、2段目および3段目のロータおよびケーシングの熱膨張も小さくなる。したがって、2段目および3段目の圧縮要素におけるロータとケーシングとのすき間およびロータ相互間のすき間を狭く設定できる。特に、3段目の圧縮要素においては、上述した冷却機構を設ける場合と設けない場合とでは、吐出ガスの温度に大きな差が生じる。その結果、2段目および3段目の圧縮要素においてガスの漏れ量(特に3段目の圧縮要素におけるガスの漏れ量)、すなわち、高圧側から低圧側に逆流するガスの量が少なくなるため、体積効率が向上する。 By providing the cooling mechanism of this embodiment having the configuration described above, the temperature of the gas discharged from the first-stage compression element is lowered, and the temperature of the gas discharged from the second-stage compression element is also lowered. Therefore, the thermal expansion of the second and third stage rotors and casings is also reduced. Therefore, the gap between the rotor and the casing and the gap between the rotors in the second and third stage compression elements can be narrowed. In particular, in the third-stage compression element, there is a large difference in the temperature of the discharged gas between when the cooling mechanism described above is provided and when it is not provided. As a result, the amount of gas leaked from the second and third stage compression elements (especially the amount of gas leaked from the third stage compression element), that is, the amount of gas flowing back from the high pressure side to the low pressure side is reduced. , the volumetric efficiency is improved.

また、2段目の圧縮要素におけるガスの漏れ量、すなわち、2段目の圧縮要素の吐出側(高圧側)から2段目の圧縮要素の吸込側(低圧側)への漏れ量が少なくなるほど、2段目の圧縮要素の吸込圧力が低下する。2段目の圧縮要素の吸込圧力が低下すると、2段目の圧縮要素の吸込圧力(1段目の圧縮要素の吐出圧力と等しい)と1段目の圧縮要素の吸込圧力との差圧が小さくなる。その結果、1段目の圧縮要素の軸動力を小さくすることができる。さらに、3段目の圧縮要素におけるガスの漏れ量、すなわち、3段目の圧縮要素の吐出側(高圧側)から3段目の圧縮要素の吸込側(低圧側)への漏れ量が少なくなるほど、3段目の圧縮要素の吸込圧力が低下する。3段目の圧縮要素の吸込圧力が低下すると、3段目の圧縮要素の吸込圧力(2段目の圧縮要素の吐出圧力と等しい)と2段目の圧縮要素の吸込圧力との差圧が小さくなる。その結果、2段目の圧縮要素の軸動力も小さくすることができる。このように、3段以上の圧縮要素を有する多段ルーツ式ポンプでは、軸動力の低減効果が2段の圧縮要素を有する多段ルーツ式ポンプよりも大きくなる。 Also, the amount of gas leaked from the second stage compression element, that is, the leakage amount from the discharge side (high pressure side) of the second stage compression element to the suction side (low pressure side) of the second stage compression element decreases. , the suction pressure of the second stage compression element decreases. When the suction pressure of the second-stage compression element decreases, the pressure difference between the suction pressure of the second-stage compression element (equal to the discharge pressure of the first-stage compression element) and the suction pressure of the first-stage compression element increases. become smaller. As a result, the shaft power of the first stage compression element can be reduced. Furthermore, the leakage amount of gas in the third stage compression element, that is, the leakage amount from the discharge side (high pressure side) of the third stage compression element to the suction side (low pressure side) of the third stage compression element decreases. , the suction pressure of the third stage compression element decreases. When the suction pressure of the third-stage compression element decreases, the pressure difference between the suction pressure of the third-stage compression element (equal to the discharge pressure of the second-stage compression element) and the suction pressure of the second-stage compression element increases. become smaller. As a result, the shaft power of the second stage compression element can also be reduced. Thus, a multi-stage roots pump having three or more stages of compression elements has a greater effect of reducing shaft power than a multi-stage roots pump having two stages of compression elements.

<第2冷却ガス導入口>
本実施形態のポンプ500では、ケーシング510が、最後段(本実施形態では3段目)の圧縮要素にガスが吸い込まれる吸込位置(上記の中間位置)と吐出口513との間に、ケーシング510の内部に冷却ガスCを導入する逆流冷却ガス導入口519(以下、単に「冷却ガス導入口519」と記載する。)をさらに有する。この冷却ガス導入口519は、本実施形態に係る第2冷却ガス導入口の一例である。冷却ガス導入口519は、第1実施形態に係る冷却ガス導入口117と実質的に同じ構成および機能を有する。
<Second cooling gas inlet>
In the pump 500 of this embodiment, the casing 510 is positioned between the suction position (above intermediate position) where gas is sucked into the last stage (third stage in this embodiment) compression element and the discharge port 513. It further has a backflow cooling gas introduction port 519 (hereinafter simply referred to as "cooling gas introduction port 519") for introducing cooling gas C into the interior. This cooling gas introduction port 519 is an example of a second cooling gas introduction port according to this embodiment. The cooling gas inlet 519 has substantially the same configuration and function as the cooling gas inlet 117 according to the first embodiment.

<その他の構成>
その他、本実施形態のポンプ500は、ケーシング510とベアリング・ギヤ室573との間、および、ケーシング510とベアリング室574との間に、中間室として、サイドカバー580を有している。このサイドカバー580は、第1実施形態に係るサイドカバー180と実質的に同じ構成および機能を有する。
<Other configurations>
In addition, the pump 500 of this embodiment has side covers 580 as intermediate chambers between the casing 510 and the bearing/gear chamber 573 and between the casing 510 and the bearing chamber 574 . This side cover 580 has substantially the same configuration and function as the side cover 180 according to the first embodiment.

(多段ルーツ式ポンプの動作)
続いて、上述した構成を有するポンプ500の駆動方法を述べる。なお、ポンプ500によるガスの圧縮方法およびガスの冷却方法は、上述した第1実施形態のポンプ100と同様である。
(Operation of multistage roots pump)
Next, a method for driving the pump 500 having the configuration described above will be described. The gas compression method and gas cooling method by the pump 500 are the same as those of the pump 100 of the first embodiment described above.

<ポンプの駆動方法>
図20~図23に示すように、図示しないモータにより駆動軸568が回転すると、駆動軸568に支持された第1駆動ギヤ564および第2駆動ギヤ565が同じ方向に回転駆動する。次いで、1対の第1タイミングギヤ561A、561Bのうち、第1駆動ギヤ564と噛み合う一方の第1タイミングギヤ561Aが、第1駆動ギヤ564とは反対方向に回転する。このときの第1タイミングギヤ561Aの回転数は、第1駆動ギヤ564の回転数から、第1駆動ギヤ564の歯数と第1タイミングギヤ561Aの歯数との比から算出される減速比(第1タイミングギヤ561Aの歯数/第1駆動ギヤ564の歯数)で減速された回転数となる。また、第1タイミングギヤ561Aと噛み合う他方の第1タイミングギヤ561Bは、第1タイミングギヤ561Aの歯数と同じ歯数であるため、第1タイミングギヤ561Aと反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ521、521は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ521、521の回転により、吸込口511付近のガスが、吸込口511からケーシング510内に吸い込まれた(図21の矢印Gs)後に、ロータ521により圧縮されて1段目と2段目の中間位置に吐き出される(図21の矢印Gm1)。
<Pump driving method>
As shown in FIGS. 20 to 23, when drive shaft 568 is rotated by a motor (not shown), first drive gear 564 and second drive gear 565 supported by drive shaft 568 are driven to rotate in the same direction. Next, of the pair of first timing gears 561A and 561B, one of the first timing gears 561A meshing with the first driving gear 564 rotates in the opposite direction to the first driving gear 564. The rotation speed of the first timing gear 561A at this time is a reduction ratio ( The rotational speed is reduced by the number of teeth of the first timing gear 561A/the number of teeth of the first drive gear 564). Also, the other first timing gear 561B meshing with the first timing gear 561A has the same number of teeth as the first timing gear 561A, so it rotates at the same number of rotations in the opposite direction as the first timing gear 561A. As a result, the pair of rotors 521, 521 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 521, 521, the gas in the vicinity of the suction port 511 is sucked into the casing 510 through the suction port 511 (arrow Gs in FIG. 21), and then compressed by the rotor 521 to reach the first stage. It is discharged to the intermediate position of the second stage (arrow Gm1 in FIG. 21).

同様に、1対の第2タイミングギヤ562A、562Bのうち、第2駆動ギヤ565と噛み合う一方の第2タイミングギヤ562Aが、第2駆動ギヤ565とは反対方向に回転する。このときの第2タイミングギヤ562Aの回転数は、第2駆動ギヤ565の回転数から、第2駆動ギヤ565の歯数と第2タイミングギヤ562Aの歯数との比から算出される減速比(第2タイミングギヤ562Aの歯数/第2駆動ギヤ565の歯数)で減速された回転数となる。また、第2タイミングギヤ562Aと噛み合う他方の第2タイミングギヤ562Bは、第2タイミングギヤ562Aの歯数と同じ歯数であるため、第2タイミングギヤ562Aと反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ531、531は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ531、531の回転により、1段目のロータ521により圧縮されて中間位置に吐き出されたガスが、中間位置から2段目のロータ531に掻き込まれた後に(図21の矢印Gm1)、ロータ531により圧縮されて2段目と3段目の中間位置に吐き出される(図21の矢印Gm2)。 Similarly, of the pair of second timing gears 562A and 562B, one of the second timing gears 562A meshing with the second drive gear 565 rotates in the opposite direction to the second drive gear 565. The rotation speed of the second timing gear 562A at this time is a reduction ratio ( The rotation speed is reduced by the number of teeth of the second timing gear 562A/the number of teeth of the second drive gear 565). Also, the other second timing gear 562B meshing with the second timing gear 562A has the same number of teeth as the second timing gear 562A, so it rotates at the same number of rotations in the opposite direction as the second timing gear 562A. As a result, the pair of rotors 531, 531 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 531, 531, the gas compressed by the first-stage rotor 521 and discharged to the intermediate position is swept from the intermediate position into the second-stage rotor 531 (see FIG. 21). Arrow Gm1) is compressed by the rotor 531 and discharged to an intermediate position between the second stage and the third stage (arrow Gm2 in FIG. 21).

さらに、第2タイミングギヤ562Aと噛み合う2-3段間中間ギヤ566が、第2タイミングギヤ562Aとは反対方向に回転する。ここで、2-3段間中間ギヤ566と第3駆動ギヤ567とは、共通の回転軸570に支持されているため、2-3段間中間ギヤ566と第3駆動ギヤ567は、同じ方向に同じ回転速度で回転駆動する。また、1対の第3タイミングギヤ563A、563Bのうち、第3駆動ギヤ567と噛み合う第3タイミングギヤ563Aが、第3駆動ギヤ567とは反対方向に回転する。このときの第3タイミングギヤ563Aの回転数は、第3駆動ギヤ567の回転数から、第3駆動ギヤ567の歯数と第3タイミングギヤ563Aの歯数との比から算出される減速比(第3タイミングギヤ563Aの歯数/第3駆動ギヤ567の歯数)で減速された回転数となる。なお、第3駆動ギヤ567の回転数は、第2タイミングギヤ562Aと2-3段間中間ギヤ566との歯数の比により算出される変速比で増速された2-3段間中間ギヤ566の回転数と同じである。第3タイミングギヤ563Aと噛み合う他方の第3タイミングギヤ563Bは、第3タイミングギヤ563Aの歯数と同じ歯数であるため、第3タイミングギヤ563Aと反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ541、541は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ541、541の回転により、2段目のロータ531により圧縮されて中間位置に吐き出されたガスが、中間位置から3段目のロータ541に掻き込まれた後に(図21の矢印Gm2)、ロータ541により圧縮されて吐出口513から外部に排出される(図21の矢印Gd)。 Further, the 2-3 step intermediate gear 566 meshing with the second timing gear 562A rotates in the direction opposite to the second timing gear 562A. Here, since the 2nd-3rd stage intermediate gear 566 and the third driving gear 567 are supported by the common rotating shaft 570, the 2nd-3rd stage intermediate gear 566 and the third driving gear 567 are rotated in the same direction. and rotate at the same rotational speed. Also, of the pair of third timing gears 563A and 563B, the third timing gear 563A that meshes with the third driving gear 567 rotates in the opposite direction to the third driving gear 567. The rotation speed of the third timing gear 563A at this time is a reduction ratio ( The rotation speed is reduced by the number of teeth of the third timing gear 563A/the number of teeth of the third driving gear 567). The number of revolutions of the third drive gear 567 is increased by the gear ratio calculated from the ratio of the number of teeth between the second timing gear 562A and the intermediate gear 566 between the second and third stages. It is the same as the number of revolutions of 566. Since the other third timing gear 563B meshing with the third timing gear 563A has the same number of teeth as the third timing gear 563A, it rotates at the same number of rotations in the opposite direction as the third timing gear 563A. As a result, the pair of rotors 541, 541 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 541, 541, the gas compressed by the second-stage rotor 531 and discharged to the intermediate position is swept from the intermediate position into the third-stage rotor 541 (Fig. 21). arrow Gm2), and is compressed by the rotor 541 and discharged to the outside from the discharge port 513 (arrow Gd in FIG. 21).

また、本実施形態では、1段目と2段目の間の中間位置に存在するガスが、中間吐出口515からケーシング510の外部に排出され、冷却器1で冷却された後に、ケーシング510の左右両側面に設けられた2箇所の冷却ガス導入口516A、516Bから1段目の圧縮要素内(ロータ521とケーシング510とで囲まれた空間内)に導入される。このとき、中間位置の圧力(中間圧力)Pm1は、ロータ521とケーシング510とで囲まれた空間の圧力以上であることから、中間吐出口515から排出されたガスは、冷却器1を通って、循環する。より詳細には、図21の矢印Ge1に示すように、中間吐出口515から排出されたガスは、冷却器1により冷却され、冷却ガス導入口516から1段目の圧縮要素内、具体的には、1段目のロータ521とケーシング510とで囲まれた領域内(移動容積Qth1部分)に導入された後、再び1段目と2段目の中間位置に吐出される。そのため、中間位置のガスを排出するブロワ等の装置を別途設けなくても、中間位置のガスは中間吐出口515から常時排出され、冷却器1により冷却されたガスが1段目の圧縮要素内に常時導入される。その結果、1段目の圧縮要素から吐き出されるガスの温度が低下するため、1段目(低圧側)の圧縮要素で圧縮されて温度が上昇したガスが、放熱されずに2段目(高圧側)の圧縮要素に直接吸い込まれることを防止でき、2段目の圧縮要素で圧縮されたガスの著しい温度上昇も抑制できる。同様に、本実施形態では、2段目と3段目の間の中間位置に存在するガスが、中間吐出口517からケーシング510の外部に排出され、冷却器2で冷却された後に、ケーシング510の左右両側面に設けられた2箇所の冷却ガス導入口518A、518Bから2段目の圧縮要素内(ロータ531とケーシング510とで囲まれた空間内)に導入される。このとき、中間位置の圧力(中間圧力)Pm2は、ロータ531とケーシング510とで囲まれた空間の圧力以上であることから、中間吐出口517から排出されたガスは、冷却器2を通って、循環する。より詳細には、図21の矢印Ge2に示すように、中間吐出口517から排出されたガスは、冷却器2により冷却され、冷却ガス導入口518から2段目の圧縮要素内、具体的には、2段目のロータ531とケーシング510とで囲まれた領域内(移動容積Qth2部分)に導入された後、再び2段目と3段目の中間位置に吐出される。そのため、中間位置のガスを排出するブロワ等の装置を別途設けなくても、中間位置のガスは中間吐出口517から常時排出され、冷却器2により冷却されたガスが2段目の圧縮要素内に常時導入される。その結果、2段目の圧縮要素から吐き出されるガスの温度が低下するため、2段目(低圧側)の圧縮要素で圧縮されて温度が上昇したガスが、放熱されずに3段目(高圧側)の圧縮要素に直接吸い込まれることを防止でき、3段目の圧縮要素で圧縮されたガスの著しい温度上昇も抑制できる。 Further, in the present embodiment, the gas existing in the intermediate position between the first stage and the second stage is discharged from the intermediate discharge port 515 to the outside of the casing 510, cooled by the cooler 1, and then discharged from the casing 510. It is introduced into the first-stage compression element (inside the space surrounded by the rotor 521 and the casing 510) from two cooling gas introduction ports 516A and 516B provided on both left and right sides. At this time, the pressure at the intermediate position (intermediate pressure) Pm1 is higher than the pressure in the space surrounded by the rotor 521 and the casing 510, so the gas discharged from the intermediate discharge port 515 passes through the cooler 1 , circulating. More specifically, as indicated by an arrow Ge1 in FIG. 21, the gas discharged from the intermediate discharge port 515 is cooled by the cooler 1, and is introduced from the cooling gas introduction port 516 into the first-stage compression element. is introduced into the region surrounded by the first-stage rotor 521 and the casing 510 (moving volume Qth1 portion), and then discharged again to an intermediate position between the first and second stages. Therefore, even if a device such as a blower for discharging the gas at the intermediate position is not separately provided, the gas at the intermediate position is always discharged from the intermediate discharge port 515, and the gas cooled by the cooler 1 flows into the first stage compression element. always introduced in As a result, the temperature of the gas discharged from the first-stage compression element decreases, so the gas that has been compressed by the first-stage (low-pressure side) compression element and rises in temperature does not dissipate heat, and the second-stage (high-pressure side) can be prevented from being directly sucked into the compression element of the second stage, and a significant temperature rise of the gas compressed by the second-stage compression element can be suppressed. Similarly, in the present embodiment, the gas present in the intermediate position between the second stage and the third stage is discharged from the intermediate discharge port 517 to the outside of the casing 510, cooled by the cooler 2, and then discharged to the casing 510. The cooling gas is introduced into the second-stage compression element (inside the space surrounded by the rotor 531 and the casing 510) from two cooling gas introduction ports 518A and 518B provided on both left and right sides of the . At this time, the pressure at the intermediate position (intermediate pressure) Pm2 is higher than the pressure in the space surrounded by the rotor 531 and the casing 510, so the gas discharged from the intermediate discharge port 517 passes through the cooler 2 , circulating. More specifically, as indicated by an arrow Ge2 in FIG. 21, the gas discharged from the intermediate discharge port 517 is cooled by the cooler 2, and is discharged from the cooling gas introduction port 518 into the second-stage compression element. is introduced into the region surrounded by the second stage rotor 531 and the casing 510 (moving volume Qth2 portion), and then discharged again to the intermediate position between the second stage and the third stage. Therefore, even if a device such as a blower for discharging the gas at the intermediate position is not separately provided, the gas at the intermediate position is always discharged from the intermediate discharge port 517, and the gas cooled by the cooler 2 is discharged into the second stage compression element. always introduced in As a result, the temperature of the gas discharged from the second-stage compression element decreases, so the gas that has been compressed by the second-stage (low-pressure side) compression element and the temperature rises does not dissipate heat, and the third-stage (high-pressure side) side) can be prevented from being directly sucked into the compression element of the third stage, and a significant temperature rise of the gas compressed by the third-stage compression element can be suppressed.

さらに、1段目と2段目の間の中間位置の圧力(中間圧力)Pm1が大気圧以上の場合には、圧力差によりガスが中間吐出口515から、より圧力の低い大気に排出され(図21の矢印Ge1および矢印Gd)、中間圧力Pm1が大気圧以下まで下がる。同様に、2段目と3段目の間の中間位置の圧力(中間圧力)Pm2が大気圧以上の場合には、圧力差によりガスが中間吐出口517から、より圧力の低い大気に排出され(図21の矢印Ge2および矢印Gd)、中間圧力Pm2が大気圧以下まで下がる。したがって、2段目および3段目の圧縮要素(ロータ531、541)への吸込圧力が小さくなるため、2段目の吸込圧力Ps2と吸込口511から吸い込まれるガスの圧力(1段目の吸込圧力Ps1)との差ΔP1、および、3段目の吸込圧力Ps3と2段目の吸込圧力Ps2との差ΔP2を小さくすることができる。その結果、ポンプ500を作動するモータの動力を低減できる。特に、ポンプ500が吸込口511に向けてガスを引き始めた段階では、中間圧力Pm1、Pm2が大気圧以上になりやすいため、ガスの引き始めの段階において、特に、モータの動力低減効果が高い。 Furthermore, when the pressure (intermediate pressure) Pm1 at the intermediate position between the first stage and the second stage is equal to or higher than the atmospheric pressure, the pressure difference causes the gas to be discharged from the intermediate discharge port 515 to the atmosphere with a lower pressure ( Arrows Ge1 and Gd in FIG. 21), the intermediate pressure Pm1 drops below the atmospheric pressure. Similarly, when the pressure (intermediate pressure) Pm2 at the intermediate position between the second stage and the third stage is equal to or higher than the atmospheric pressure, the gas is discharged from the intermediate discharge port 517 to the atmosphere with a lower pressure due to the pressure difference. (arrow Ge2 and arrow Gd in FIG. 21), the intermediate pressure Pm2 drops below the atmospheric pressure. Therefore, since the suction pressure to the compression elements (rotors 531, 541) of the second and third stages becomes smaller, the suction pressure Ps2 of the second stage and the pressure of the gas sucked from the suction port 511 (the first stage suction pressure The difference ΔP1 from the pressure Ps1) and the difference ΔP2 between the third-stage suction pressure Ps3 and the second-stage suction pressure Ps2 can be reduced. As a result, the power of the motor that operates the pump 500 can be reduced. In particular, when the pump 500 starts to draw gas toward the suction port 511, the intermediate pressures Pm1 and Pm2 are likely to be higher than the atmospheric pressure. .

本実施形態では、第1タイミングギヤ561Aとの間の第1駆動ギヤ564の減速比が、第2タイミングギヤ562Aとの間の2-3段間中間ギヤ566の減速比よりも小さくなっている。したがって、ロータ521の回転数N1がロータ531の回転数N2よりも高くなる。また、ロータ521の長さL1とロータ531の長さL2が等しく、ロータ521とロータ531の形状が同じであることから、上述したように、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素との間の移動容積比RQ1-2は、1より大きくなる。 In this embodiment, the reduction ratio of the first driving gear 564 with the first timing gear 561A is smaller than the reduction ratio of the intermediate gear 566 between the second and third stages with the second timing gear 562A. . Therefore, the rotation speed N1 of the rotor 521 becomes higher than the rotation speed N2 of the rotor 531. In addition, the length L1 of the rotor 521 and the length L2 of the rotor 531 are equal, and the rotors 521 and 531 have the same shape. is larger than 1.

同様に、第2タイミングギヤ562Aとの間の2-3段間中間ギヤ566の減速比が、第3タイミングギヤ563Aとの間の第3駆動ギヤ567の減速比よりも小さくなっている。したがって、ロータ531の回転数N2がロータ541の回転数N3よりも高くなる。また、ロータ531の長さL2とロータ541の長さL3が等しく、ロータ531とロータ541の形状が同じであることから、上述したように、2段目の圧縮要素と3段目の圧縮要素との間の移動容積比RQ2-3は、1より大きくなる。 Similarly, the reduction ratio of the 2nd-3rd stage intermediate gear 566 between the second timing gear 562A is smaller than the reduction ratio of the third driving gear 567 between the third timing gear 563A. Therefore, the rotation speed N2 of the rotor 531 becomes higher than the rotation speed N3 of the rotor 541. In addition, the length L2 of the rotor 531 and the length L3 of the rotor 541 are equal, and the rotors 531 and 541 have the same shape. is larger than 1.

すなわち、本実施形態における1段目と2段目の間の関係および2段目と3段目の間の関係はともに第1実施形態と同様である(1段目と2段目と3段目のロータの長さが同じで、回転数が異なる)。 That is, the relationship between the first and second stages and the relationship between the second and third stages in this embodiment are both the same as in the first embodiment (the first, second, and third The length of the eye rotor is the same, but the number of revolutions is different).

[第6実施形態]
次に、図24~図30を参照しながら、本発明の第6実施形態に係る多段ルーツ式ポンプについて詳述する。図24は、本実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの一例としての内装2段ルーツ式ポンプ600(以下、「ポンプ600」と省略して記載する。)の全体構成を示す部分断面図である。図25および図26は、それぞれ、図24のXXV-XXV線およびXXVI-XXVI線で切断した断面図である。図27および図28は、第1実施形態に係るポンプ100における漏れ面積を説明するための断面図であり、図29および図30は、本実施形態に係るポンプ600における漏れ面積を説明するための断面図である。第1実施形態のポンプ100は、1段目(低圧側)のロータ121と2段目(高圧側)のロータ131の長さおよび直径が同一で、かつ、1段目のロータ121の回転数が2段目のロータ131の回転数よりも高いという例であったが、本実施形態に係るポンプ600は、1段目のロータ621の長さおよび直径が、2段目のロータ631の長さおよび直径よりも大きく、かつ、1段目のロータ621の回転数の方が、2段目のロータ631の回転数よりも低い、という例である。なお、以下では、上述した実施形態と重複する説明を適宜省略する。
[Sixth embodiment]
Next, a multi-stage roots pump according to a sixth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 24 to 30. FIG. FIG. 24 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of an internal two-stage roots-type pump 600 (hereinafter abbreviated as "pump 600") as an example of a multi-stage roots-type pump according to the present embodiment. 25 and 26 are cross-sectional views taken along lines XXV--XXV and XXVI--XXVI of FIG. 24, respectively. 27 and 28 are cross-sectional views for explaining the leakage area in the pump 100 according to the first embodiment, and FIGS. 29 and 30 are for explaining the leakage area in the pump 600 according to the present embodiment. It is a sectional view. In the pump 100 of the first embodiment, the first stage (low pressure side) rotor 121 and the second stage (high pressure side) rotor 131 have the same length and diameter, and the rotation speed of the first stage rotor 121 is is higher than the rotation speed of the rotor 131 of the second stage, in the pump 600 according to this embodiment, the length and diameter of the rotor 621 of the first stage are equal to the length of the rotor 631 of the second stage. This is an example in which the rotor 621 in the first stage has a higher rotational speed than the rotor 631 in the second stage. In addition, below, the description which overlaps with embodiment mentioned above is abbreviate|omitted suitably.

(多段ルーツ式ポンプの構成)
図24~図26に示すように、ポンプ600は、回転圧縮機の一種である2段ルーツ式ポンプであり、ケーシング610と、2段(2組)の圧縮要素と、駆動機構とを主に備える。
(Configuration of multistage roots pump)
As shown in FIGS. 24 to 26, the pump 600 is a two-stage roots pump, which is a type of rotary compressor, and mainly includes a casing 610, two stages (two sets) of compression elements, and a drive mechanism. Prepare.

<ケーシング>
ケーシング610の構成および機能は、第1実施形態に係るケーシング110と同様であるが、本実施形態では、冷却ガス導入口116のような中間逆流冷却ガス導入口が設けられていない点で第1実施形態と相違する。また、本実施形態では、冷却器1および逆止弁3も設けられていない。
<Casing>
The configuration and function of the casing 610 are similar to those of the casing 110 according to the first embodiment. It differs from the embodiment. In addition, neither the cooler 1 nor the check valve 3 are provided in this embodiment.

また、ケーシング610は、同じ段の圧縮要素が有する2本の回転軸622、622を含む仮想平面または2本の回転軸632、632を含む仮想平面の法線方向に沿って、2段の圧縮要素が並列配置されるように圧縮要素を収容する。このように、本実施形態では、回転軸622、632の軸方向に対して並列に配置された複数段の圧縮要素が単一のケーシング610に内装されており、各圧縮要素を接続する外部の配管や内部のガス流路などは特に設けられていない。そのため、前段(本実施形態では1段目)の圧縮要素で圧縮されて吐き出されたガスは、後段(本実施形態では2段目)の圧縮要素に直接(そのまま)吸い込まれる。 In addition, the casing 610 is arranged along the normal direction of the virtual plane containing the two rotating shafts 622, 622 or the two rotating shafts 632, 632 of the compression elements of the same stage. The compression elements are housed so that the elements are arranged side-by-side. Thus, in this embodiment, multiple stages of compression elements arranged in parallel with respect to the axial direction of the rotating shafts 622 and 632 are housed in a single casing 610, and external No particular piping or internal gas flow path is provided. Therefore, the gas compressed and discharged by the compression element of the front stage (in this embodiment, the first stage) is directly (as is) sucked into the compression element of the rear stage (in this embodiment, the second stage).

<圧縮要素>
本実施形態の圧縮要素としては、単一のケーシング610内に、吸込口611側に位置する1段目(低圧側)の圧縮要素と、吐出口613側に位置する2段目(高圧側)の圧縮要素の、2段の圧縮要素とが設けられている。2段の圧縮要素間には、直列内装型多段ルーツ式ポンプのように、仕切り板等は設けられておらず、複数の圧縮要素が、一体のケーシング610内に単一の段群として設けられている。各段の圧縮要素は、1対のロータと、当該1対のロータを支持する2本の回転軸と、をそれぞれ独立に有する。具体的には、本実施形態では、1段目の圧縮要素は、1対のロータ621、621と、2本の回転軸622、622とを有する。2段目の圧縮要素は、1対のロータ631、631と、2本の回転軸632、632とを有する。
<Compression element>
As the compression element of this embodiment, a first stage (low pressure side) compression element located on the suction port 611 side and a second stage (high pressure side) compression element located on the discharge port 613 side are provided in the single casing 610. A two-stage compression element is provided. A partition plate or the like is not provided between the two stages of compression elements unlike the series internal multi-stage roots type pump, and a plurality of compression elements are provided as a single stage group within the integral casing 610. ing. Each stage compression element independently has a pair of rotors and two rotary shafts that support the pair of rotors. Specifically, in this embodiment, the first-stage compression element has a pair of rotors 621 and 621 and two rotating shafts 622 and 622 . The second stage compression element has a pair of rotors 631 and 631 and two rotating shafts 632 and 632 .

図25に示すように、ロータ621は、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部621a、621b、621cを有する形状である。また、各突出部621a、621b、621cの間には、凹部621dが設けられている。同様に、ロータ631も、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部631a、631b、631cを有する形状である。また、各突出部631a、631b、631cの間には、凹部631dが設けられている。 As shown in FIG. 25, the rotor 621 is a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped to have three pieces of projections 621a, 621b, 621c projecting radially from the center of rotation. A recess 621d is provided between each projection 621a, 621b, 621c. Similarly, the rotor 631 is also a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped with three pieces of projections 631a, 631b, 631c projecting radially from the center of rotation. A recess 631d is provided between each projection 631a, 631b, 631c.

1対のロータ621、621は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸622、622は、1対のロータ621、621を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸622、622は、2つのベアリング623、623により支持されている。同様に、1対のロータ631、631は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸632、632は、1対のロータ631、631を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸632、632は、2つのベアリング633、633により支持されている。さらに、本実施形態では、回転軸622と回転軸632とが、互いに平行となるように配置される。なお、以下、必要に応じて、ロータ631について、ロータ621と重複する説明を省略し、ロータ621の内容を適宜読み替えるものとする。 A pair of rotors 621, 621 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 622, 622 rotatably support a pair of rotors 621, 621 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 622 , 622 are supported by two bearings 623 , 623 . Similarly, a pair of rotors 631, 631 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 632, 632 rotatably support a pair of rotors 631, 631 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 632 , 632 are supported by two bearings 633 , 633 . Furthermore, in this embodiment, the rotating shaft 622 and the rotating shaft 632 are arranged so as to be parallel to each other. In the following description, the description of the rotor 631 that overlaps with that of the rotor 621 will be omitted as necessary, and the contents of the rotor 621 will be appropriately read.

1対のロータ621、621同士およびロータ621とケーシング610の内面610aとが接触しないように、各々のロータ621、621同士の間および突出部621a、621b、621cの先端(葉端)とケーシング610の内面610aと間には、わずかなすき間ができるように、ロータ621が配置される。このすき間の大きさについては、第1実施形態と同様である。各々のロータ621、621は、後述するタイミングギヤ661A、661Bにより回転位相が維持されており、ロータ621の断面形状は、例えば、いわゆるインボリュート曲線となっているため、上記のわずかなすき間、すなわち、シールされた状態を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。同様に、ロータ631は、対となるロータ631およびケーシング610の内面610dとの間にわずかなすき間ができるように配置される。また、1対のロータ631、631は、わずかなすき間を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。ここで、本実施形態では、後述するように、2段目のロータ631相互間およびロータ631とケーシング610との間のすき間の方が、1段目のロータ621相互間およびロータ621とケーシング610との間のすき間よりも狭く設定される。その他、ロータ621、631の構成および機能は、上述した各実施形態に係るロータの構成および機能と同様である。 Between the rotors 621 and 621 and between the tips (leaf ends) of the projections 621a, 621b and 621c and the casing 610, so that the pair of rotors 621 and 621 and the rotor 621 and the inner surface 610a of the casing 610 do not come into contact with each other. A rotor 621 is arranged with a small gap between the inner surface 610a of the . The size of this gap is the same as in the first embodiment. Rotation phases of the rotors 621, 621 are maintained by timing gears 661A, 661B, which will be described later, and the cross-sectional shape of the rotor 621 is, for example, a so-called involute curve. They can rotate in opposite directions without touching each other while remaining sealed. Similarly, the rotor 631 is arranged so that a slight gap is formed between the paired rotor 631 and the inner surface 610 d of the casing 610 . Also, the pair of rotors 631, 631 can rotate in opposite directions while maintaining a small gap without coming into contact with each other. Here, in the present embodiment, as will be described later, the clearances between the rotors 631 in the second stage and between the rotor 631 and the casing 610 are larger than those between the rotors 621 in the first stage and between the rotor 621 and the casing 610 . is set narrower than the gap between Other configurations and functions of the rotors 621 and 631 are the same as those of the rotors according to the above embodiments.

ポンプ600では、1段目の圧縮要素であるロータ621、回転軸622等と、2段目の圧縮要素であるロータ631、回転軸632等とは、単一のケーシング610内において、同じ段の2本の回転軸622、622(または2本の回転軸632、632)を含む仮想の平面の法線方向に沿って、並列に配置されている。すなわち、1段目のロータ621と2段目のロータ631とは、それぞれ、別の軸に支持されており、かつ、同じ段の2本の回転軸が互いに平行で、かつ、異なる段の2本の回転軸も互いに平行に配置される。換言すると、ガスの吸込口611、1段目のロータ621、2段目のロータ631および吐出口613が、鉛直方向に沿って並んで配置される。したがって、ガスが吸込口611からケーシング610内に導入されると(図25の矢印Gs)、鉛直下方に進み、ロータ621により圧縮された後に、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素の中間に進む(図25の矢印Gm)。ロータ621により圧縮されたガスは、さらに鉛直下方に進み、2段目のロータ631により圧縮された後に、そのまま吐出口613からケーシング610外に排出される(図25の矢印Gd)。 In the pump 600, the rotor 621, the rotating shaft 622, etc., which are the first-stage compression elements, and the rotor 631, the rotating shaft 632, etc., which are the second-stage compression elements are arranged in a single casing 610 at the same stage. They are arranged in parallel along the normal direction of an imaginary plane containing the two rotation axes 622, 622 (or the two rotation axes 632, 632). That is, the rotor 621 in the first stage and the rotor 631 in the second stage are respectively supported by different shafts, and the two rotating shafts of the same stage are parallel to each other, and the two rotors of the different stages are in parallel. The axes of rotation of the books are also arranged parallel to each other. In other words, the gas suction port 611, the first-stage rotor 621, the second-stage rotor 631, and the gas discharge port 613 are arranged side by side in the vertical direction. Therefore, when the gas is introduced into the casing 610 from the suction port 611 (arrow Gs in FIG. 25), it travels vertically downward, is compressed by the rotor 621, and then passes through the first-stage compression element and the second-stage compression element. (arrow Gm in FIG. 25). The gas compressed by the rotor 621 further travels vertically downward, is compressed by the second-stage rotor 631, and is then directly discharged from the discharge port 613 to the outside of the casing 610 (arrow Gd in FIG. 25).

このように、本実施形態に係るポンプ600によれば、単一のケーシング610内において、1段目のロータ621と2段目のロータ631とが別の軸上に並列に配置されている。そのため、直列内装型多段ルーツ式ポンプと異なり、1段目の圧縮要素(ロータ621)と2段目の圧縮要素(ロータ631)との間に仕切りを設けなくても、ロータ621、631の配置自体で、2段の圧縮要素のポンプ作動領域に分けることができる。また、直列内装型多段ルーツ式ポンプの場合には、2段のロータを有する場合、ロータ2つ分以上の回転軸の長さが必要となるが、ポンプ600では、ロータ621とロータ631とが別軸上に並列に配置されているため、ロータの回転軸の長さは、ロータ1つ分程度の長さで足りる。したがって、回転軸622、632やケーシング610の剛性の低下を抑制できる。特に、ポンプ600を大風量化するためにロータ621、631の長さを長くしたとしても剛性が低下したりすることがないため、大風量化が容易となる。さらに、1段目と2段目のポンプ作動領域間で、寸法の精度や位置合わせの精度がそれ程高くなくても、組立上およびポンプ600の性能上支障がない範囲で収まるため、それほど高い加工精度および組立精度は求められない。 Thus, according to the pump 600 according to the present embodiment, the first stage rotor 621 and the second stage rotor 631 are arranged in parallel on separate shafts within the single casing 610 . Therefore, unlike the in-line multi-stage roots pump, the rotors 621 and 631 can be arranged without providing a partition between the first-stage compression element (rotor 621) and the second-stage compression element (rotor 631). As such, it can be divided into two stages of compression element pumping regions. In addition, in the case of an in-line multi-stage roots pump, if it has two stages of rotors, the length of the rotating shaft is required to be equal to or longer than two rotors. Since the rotors are arranged in parallel on different shafts, the length of the rotation shaft of the rotor is sufficient for about one rotor. Therefore, it is possible to suppress a decrease in rigidity of the rotating shafts 622 and 632 and the casing 610 . In particular, even if the length of the rotors 621 and 631 is lengthened in order to increase the air volume of the pump 600, the rigidity does not decrease, so the increase in air volume is facilitated. Furthermore, even if the dimensional accuracy and positioning accuracy between the first and second stage pump operating regions are not so high, they can be accommodated within a range that does not hinder the performance of the pump 600 in terms of assembly and performance. Accuracy and assembly accuracy are not required.

<移動容積比>
本実施形態のポンプ600においても、別の回転軸上に並列に配置された1段目の圧縮要素(ロータ621)と2段目の圧縮要素(ロータ631)との間において、下記式(1)で表される移動容積比Rが1より大きい。
=Qth/Qth ・・・(1)
<Transfer volume ratio>
Also in the pump 600 of this embodiment, between the first-stage compression element (rotor 621) and the second-stage compression element (rotor 631) arranged in parallel on separate rotating shafts, the following formula (1 ) is greater than 1.
RQ = QthL / QthH (1)

ここで、本実施形態における移動容積Qthとは、いわゆる押しのけ量のことであり、回転数Nに比例した、ケーシング610とロータ621またはロータ631とで囲まれた空間の時間当たりの理論容積である。すなわち、上述したように、移動容積Qth(m/min)は、以下の式(2)で表される。
Qth=Vth(m/rev)×N(min-1
=A(m/rev)×L(m)×N(min-1) ・・・(2)
Here, the movement volume Qth in this embodiment is a so-called displacement amount, which is the theoretical volume per time of the space surrounded by the casing 610 and the rotor 621 or rotor 631, which is proportional to the rotational speed N. . That is, as described above, the movement volume Qth (m 3 /min) is represented by the following equation (2).
Qth=Vth(m 3 /rev)×N(min −1 )
=A (m 2 /rev) x L (m) x N (min -1 ) (2)

ただし、式(2)において、Vthは、押しのけ容積であり、Aは、1回転当たりの移動面積であり、Lは、ロータの長さであり、Nは、ロータの回転数である。移動面積Aは、押しのけ容積Vtの回転軸622、632に垂直な断面における断面積である。 where, in equation (2), Vth is the displacement, A is the area of movement per revolution, L is the length of the rotor, and N is the number of rotations of the rotor. The area of movement A is the cross-sectional area of the displacement volume Vt in a cross-section perpendicular to the axis of rotation 622, 632.

本実施形態のポンプ600における移動容積比Rは、以下のようにして計算される。まず、1段目のロータ621を例に挙げると、左右1対のロータ621、621が1回転する毎に、それぞれ、ガスの吸い込みと吐き出しが6回(左側のロータ621と右側のロータ621とで、それぞれ3回ずつ)繰り返される。2段目のロータ631についても同様である。ここで、図25に示すように、ロータ621の2片の突出部(例えば、突出部621aと突出部621b)とケーシング610の内面610aとで囲まれる空間の回転軸622に垂直な断面の断面積をS1とすると、1段目(低圧側)の圧縮要素の移動面積A1は、A1=6×S1となる。同様に、ロータ631の2片の突出部(例えば、突出部631aと突出部631b)とケーシング610の内面610dとで囲まれる空間の回転軸632に垂直な断面の断面積をS2とすると、2段目(高圧側)の圧縮要素の移動面積A2は、A2=6×S2となる。以上より、1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2は、下記式(3)で表される。 The displacement volume ratio RQ in the pump 600 of this embodiment is calculated as follows. First, taking the rotor 621 of the first stage as an example, each time the pair of left and right rotors 621, 621 rotates, the gas is sucked and discharged six times (the left rotor 621 and the right rotor 621 each rotate 6 times). and 3 times each) is repeated. The same applies to the second stage rotor 631 . Here, as shown in FIG. 25, a cross section perpendicular to the rotating shaft 622 of the space surrounded by the two protrusions (for example, the protrusion 621a and the protrusion 621b) of the rotor 621 and the inner surface 610a of the casing 610 is taken. Assuming that the area is S1, the moving area A1 of the first stage (low pressure side) compression element is A1=6×S1. Similarly, if S2 is the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the rotating shaft 632 of the space surrounded by the two protrusions (for example, the protrusion 631a and the protrusion 631b) of the rotor 631 and the inner surface 610d of the casing 610, then 2 The moving area A2 of the compression element on the stage (high pressure side) is A2=6×S2. From the above, the movement volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage is expressed by the following formula (3).

Figure 0007179315000014
Figure 0007179315000014

ただし、式(3)において、Qth1は1段目の圧縮要素の移動容積、Qth2は2段目の圧縮要素の移動容積、A1は1段目の圧縮要素の移動面積、A2は2段目の圧縮要素の移動面積、L1は1段目のロータ621の長さ、L2は2段目のロータ631の長さ、N1は1段目のロータ621の回転数、N2は2段目のロータ631の回転数を表す。 However, in formula (3), Qth1 is the movement volume of the first stage compression element, Qth2 is the movement volume of the second stage compression element, A1 is the movement area of the first stage compression element, A2 is the second stage The moving area of the compression element, L1 is the length of the first stage rotor 621, L2 is the length of the second stage rotor 631, N1 is the rotation speed of the first stage rotor 621, and N2 is the second stage rotor 631. represents the number of rotations of

ここで、本実施形態のポンプ600では、ロータ621の直径D1は、ロータ631の直径D2よりも大きい(D1>D2)。したがって、1段目の移動面積A1は、2段目の移動面積A2よりも大きくなる(A1>A2)。また、1段目のロータ621の長さL1が、2段目のロータ631の長さL2よりも長い(L1>L2)。一方、1段目のロータ621の回転数N1は、2段目のロータ631の回転数N2よりも低い(N1<N2)。このような場合であっても、移動容積比Rを1以上とすることができれば、第1実施形態とは異なり、2段目(高圧側)のロータ631の回転数を、1段目(低圧側)のロータ621の回転数よりも高くしてもよい。 Here, in the pump 600 of this embodiment, the diameter D1 of the rotor 621 is larger than the diameter D2 of the rotor 631 (D1>D2). Therefore, the moving area A1 of the first stage is larger than the moving area A2 of the second stage (A1>A2). Also, the length L1 of the first stage rotor 621 is longer than the length L2 of the second stage rotor 631 (L1>L2). On the other hand, the rotation speed N1 of the first stage rotor 621 is lower than the rotation speed N2 of the second stage rotor 631 (N1<N2). Even in such a case, if the moving volume ratio RQ can be set to 1 or more, unlike the first embodiment, the rotation speed of the rotor 631 of the second stage (high pressure side) can be reduced to that of the rotor 631 of the first stage ( It may be higher than the rotation speed of the rotor 621 on the low pressure side).

この第6実施形態に係るポンプ600の構成からわかるように、隣接する圧縮要素間の移動容積比Rを1以上とすることができさえすれば、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素とで、ロータの直径および長さ、ならびに各ロータの回転数を自由に設計することができる。例えば、本実施形態のように、1段目(低圧側)のロータ621の直径D1を2段目(高圧側)のロータ631の直径D2よりも大きくした場合には、移動容積比Rが1以上という要件を満たす必要はあるが、1段目のロータ621の長さが2段目のロータ631の長さ以上であり、かつ、1段目のロータ621の回転速度が2段目のロータ631の回転速度以下である、といった場合もあり得る。 As can be seen from the configuration of the pump 600 according to the sixth embodiment, as long as the moving volume ratio RQ between adjacent compression elements can be set to 1 or more, the first stage compression element and the second stage compression element The diameter and length of the rotors and the number of revolutions of each rotor can be freely designed together with the compression element. For example, as in this embodiment, when the diameter D1 of the first stage (low pressure side) rotor 621 is made larger than the diameter D2 of the second stage (high pressure side) rotor 631, the displacement volume ratio RQ is Although it is necessary to satisfy the requirement of 1 or more, the length of the rotor 621 in the first stage is equal to or longer than the length of the rotor 631 in the second stage, and the rotation speed of the rotor 621 in the first stage is equal to or greater than that of the rotor 621 in the second stage. In some cases, the rotation speed is equal to or lower than the rotation speed of the rotor 631 .

以上のように、移動容積比Rが1より大きいと、ポンプ600の駆動軸667の軸動力を低減できる。 As described above, when the displacement volume ratio RQ is greater than 1, the shaft power of the drive shaft 667 of the pump 600 can be reduced.

<駆動機構>
図24および図26に示すように、本実施形態の駆動機構は、1対の第1タイミングギヤ661と、1対の第2タイミングギヤ662と、第1駆動ギヤ665と、第2駆動ギヤ666と、モータ入力軸である単一の駆動軸667と、を備える。
<Drive Mechanism>
As shown in FIGS. 24 and 26, the drive mechanism of this embodiment includes a pair of first timing gears 661, a pair of second timing gears 662, a first drive gear 665, a second drive gear 666 and and a single drive shaft 667 which is the motor input shaft.

1対の第1タイミングギヤ661A、661Bは、1段目の2本の回転軸622の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ621、621の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。1対の第2タイミングギヤ662A、662Bは、2段目の2本の回転軸632の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ631、631の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。 A pair of first timing gears 661A and 661B are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 622 of the first stage. , have the same number of teeth. A pair of second timing gears 662A and 662B are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 632 of the second stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 631 and 631 match each other. , have the same number of teeth.

また、第1駆動ギヤ665は、1対の第1タイミングギヤ661のうちの一方の第1タイミングギヤ661Aと噛み合うように設けられており、第2駆動ギヤ666は、1対の第2タイミングギヤ662のうちの一方の第2タイミングギヤ662Aと噛み合うように設けられている。さらに、駆動軸667は、第1駆動ギヤ665と第2駆動ギヤ666とを回転可能に支持する。すなわち、第1駆動ギヤ665と第2駆動ギヤ666とは、同一の駆動軸に回転可能に支持される。この駆動軸667は、サイドカバー680に設けられたベアリング668と、ベアリング・ギヤ室673に設けられたベアリング668とにより支持されている。また、ベアリング・ギヤ室673に設けられたベアリング668側の駆動軸667の軸端は、モータ(図示せず。)に接続されている。 Also, the first drive gear 665 is provided so as to mesh with one of the pair of first timing gears 661, the first timing gear 661A, and the second drive gear 666 is provided so as to mesh with the pair of second timing gears. 662 is provided so as to mesh with one of the second timing gears 662A. Furthermore, the drive shaft 667 rotatably supports the first drive gear 665 and the second drive gear 666 . That is, the first drive gear 665 and the second drive gear 666 are rotatably supported by the same drive shaft. The drive shaft 667 is supported by a bearing 668 provided in the side cover 680 and a bearing 668 provided in the bearing/gear chamber 673 . The shaft end of the drive shaft 667 on the bearing 668 side provided in the bearing/gear chamber 673 is connected to a motor (not shown).

上述したように、本実施形態では、2段目のロータ631の回転数が、1段目のロータ621の回転数より高い。言い換えると、2段目のロータ631の回転速度が、1段目のロータ621の回転速度より速い。そこで、ポンプ600では、2段目のロータ631の回転数が1段目のロータ621の回転数より高くなるように、第1駆動ギヤ665および第2駆動ギヤ666の歯数が設定される。図26には、例えば、駆動軸667の回転速度から回転軸622の回転速度を減速させ、回転軸632の回転速度を増速する例が示されている。図26に示した例では、第1タイミングギヤ661の歯数が、第1駆動ギヤ665の歯数よりも多く、第1駆動ギヤ665の歯数が、第2駆動ギヤ666の歯数よりも少なく、第2タイミングギヤ662の歯数が、第2駆動ギヤ666の歯数よりも少なくなっている。 As described above, in this embodiment, the rotation speed of the rotor 631 in the second stage is higher than the rotation speed of the rotor 621 in the first stage. In other words, the rotation speed of the rotor 631 in the second stage is faster than the rotation speed of the rotor 621 in the first stage. Therefore, in pump 600, the number of teeth of first drive gear 665 and second drive gear 666 is set so that the rotation speed of rotor 631 in the second stage is higher than the rotation speed of rotor 621 in the first stage. FIG. 26 shows an example in which the rotational speed of the rotating shaft 622 is reduced from the rotational speed of the drive shaft 667 and the rotational speed of the rotating shaft 632 is increased. In the example shown in FIG. 26, the number of teeth of the first timing gear 661 is greater than that of the first driving gear 665, and the number of teeth of the first driving gear 665 is greater than that of the second driving gear 666. The number of teeth of the second timing gear 662 is smaller than the number of teeth of the second drive gear 666 .

<中間吐出口>
本実施形態のポンプ600を真空ポンプとして使用する場合、ケーシング610が、隣接する圧縮要素間、すなわち、1段目(低圧側)の圧縮要素と2段目(高圧側)の圧縮要素との間の中間位置に、ガスを外部に吐出する中間吐出口615をさらに有してもよい。図25に示した例では、中間吐出口615をケーシング610の左側面に1箇所のみ設けた例が示されているが、中間吐出口615の数は特に制限されず、2箇所以上設けてもよい。例えば、図25に示した断面において、ケーシング610の右側面のうち、1段目(低圧側)の圧縮要素と2段目(高圧側)の圧縮要素との間の中間位置に、中間吐出口615が設けられていてもよい。
<Intermediate outlet>
When the pump 600 of this embodiment is used as a vacuum pump, the casing 610 is positioned between adjacent compression elements, that is, between the first stage (low pressure side) compression element and the second stage (high pressure side) compression element. An intermediate discharge port 615 for discharging gas to the outside may be further provided at an intermediate position of . The example shown in FIG. 25 shows an example in which only one intermediate outlet 615 is provided on the left side surface of the casing 610, but the number of intermediate outlets 615 is not particularly limited, and two or more outlets may be provided. good. For example, in the cross section shown in FIG. 615 may be provided.

中間吐出口615は、真空ポンプとして使用されるポンプ600の軸動力を低減するために設けられるが、まず、軸動力について説明する。上述したように、1段目の軸動力Lth1は、2段目の吸込圧力Ps2と吸込口611から吸い込まれるガスの圧力(1段目の吸込圧力Ps1)との差ΔP1(ΔP1=Ps2-Ps1)と1段目の移動容積Qth1との積となる(Lth1=ΔP1×Qth1)。2段目の軸動力Lth2も同様に、吐出圧力Pdと2段目の吸込圧力Ps2との差ΔP2(ΔP2=Pd-Ps2)と2段目の移動容積Qth2との積となる(Lth2=ΔP2×Qth2)。ΔP1、ΔP2が大きいほど、また、移動容積Qth1、Qth2が大きいほど、軸動力Lth1、Lth2が大きくなるため、大きな動力のモータが必要となる。 The intermediate discharge port 615 is provided to reduce the shaft power of the pump 600 used as a vacuum pump. First, the shaft power will be described. As described above, the first stage shaft power Lth1 is the difference ΔP1 (ΔP1=Ps2−Ps1 ) and the movement volume Qth1 of the first stage (Lth1=ΔP1×Qth1). Similarly, the second-stage shaft power Lth2 is the product of the difference ΔP2 (ΔP2=Pd−Ps2) between the discharge pressure Pd and the second-stage suction pressure Ps2 and the second-stage displacement volume Qth2 (Lth2=ΔP2 x Qth2). As the ΔP1 and ΔP2 are larger and the moving volumes Qth1 and Qth2 are larger, the shaft power Lth1 and Lth2 are larger, so a motor with large power is required.

次に、中間吐出口615について説明する。中間吐出口615は、1段目の圧縮要素の吐出側と2段目の圧縮要素の吸込側の中間位置に設けられる。この中間位置の圧力(中間圧力Pm)は、1段目の圧縮要素(ロータ621)からの吐出圧力と等しく、また、この圧力は、2段目の圧縮要素(ロータ631)への吸込圧力とも等しい。 Next, the intermediate discharge port 615 will be described. The intermediate discharge port 615 is provided at an intermediate position between the discharge side of the first stage compression element and the suction side of the second stage compression element. The pressure at this intermediate position (intermediate pressure Pm) is equal to the discharge pressure from the first stage compression element (rotor 621), and this pressure is also the suction pressure to the second stage compression element (rotor 631). equal.

真空ポンプの場合、吸込口611から吸い込んだガスは、吐出口613で大気圧まで圧縮される。言い換えると大気圧までの圧縮で十分であるが、1段目の吸込圧力が高くなると、2段目の吸込圧力(1段目の吐出圧力、中間圧力とも等しい。)が大気圧以上に昇圧されることがある。上述の通り、1段目の軸動力Lth1は、ΔP1(ΔP1=Ps2-Ps1)と1段目の移動容積Qth1との積となる(Lth1=ΔP1×Qth1)ため、ΔP1が著しく上昇し、軸動力が増大してしまう。これは、1段目の吸込圧力、2段目の吸込圧力ともに大気圧の状態から排気が始まるポンプ起動時にも顕著である。したがって、モータの動力を低減するためには、ΔP1をできるだけ小さくすることが好ましい。 In the case of a vacuum pump, gas sucked from the suction port 611 is compressed to atmospheric pressure at the discharge port 613 . In other words, compression to atmospheric pressure is sufficient, but when the suction pressure in the first stage increases, the suction pressure in the second stage (both discharge pressure and intermediate pressure in the first stage are equal) rises above atmospheric pressure. there is something As described above, the first stage shaft power Lth1 is the product of ΔP1 (ΔP1=Ps2−Ps1) and the first stage movement volume Qth1 (Lth1=ΔP1×Qth1). power increases. This is also noticeable when the pump is started when the first stage suction pressure and the second stage suction pressure are both at atmospheric pressure and the exhaust starts. Therefore, in order to reduce the power of the motor, it is preferable to make ΔP1 as small as possible.

そこで、1段目と2段目の間の中間位置に、外部の大気と連通した中間吐出口615を設けることで、中間圧力Pmが大気圧以上の場合には、圧力差によりガスが中間吐出口615から、より圧力の低い大気に排出され(図25の矢印Ge)、中間圧力Pmが大気圧以下まで下がる。したがって、2段目の圧縮要素(ロータ631)への吸込圧力が小さくなるため、ΔP1を小さくすることができる。その結果、ポンプ600を作動するモータの動力を低減できる。特に、ポンプ600の起動時は、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素ともに大気圧の状態から排気が開始される。したがって、ポンプ600が吸込口611に向けてガスを引き始めた段階では、2段目の吸込圧力が大気圧の状態で1段目の圧縮要素からも大気圧のガスが移送されると、中間圧力Pmは、大気圧と移動容積比Rとの積まで上昇する。このように、ポンプ600がガスを引き始めた段階では、中間圧力Pmが大気圧以上になりやすいため、ガスの引き始めの段階において、特に、モータの動力低減効果が高い。 Therefore, by providing an intermediate discharge port 615 communicating with the external atmosphere at an intermediate position between the first stage and the second stage, when the intermediate pressure Pm is equal to or higher than the atmospheric pressure, the gas is discharged intermediately due to the pressure difference. From the outlet 615, it is discharged to the atmosphere with a lower pressure (arrow Ge in FIG. 25), and the intermediate pressure Pm drops below the atmospheric pressure. Therefore, since the suction pressure to the second-stage compression element (rotor 631) is reduced, ΔP1 can be reduced. As a result, the power of the motor that operates the pump 600 can be reduced. In particular, when the pump 600 is started, the first-stage compression element and the second-stage compression element both start exhausting from the state of atmospheric pressure. Therefore, when the pump 600 starts to draw gas toward the suction port 611, when the suction pressure of the second stage is atmospheric pressure and the atmospheric pressure gas is transferred from the first stage compression element, the intermediate The pressure Pm rises to the product of the atmospheric pressure and the displacement volume ratio RQ . As described above, when the pump 600 starts to draw gas, the intermediate pressure Pm tends to be higher than the atmospheric pressure.

なお、中間吐出口615を設ける場合には、中間吐出口615には逆止弁(図示せず。)を設ける必要がある。逆止弁を設けることにより、中間圧力Pmが大気圧以下の場合には、大気圧からの差圧により逆止弁が閉じ、中間圧力Pmが大気圧以上の場合には、逆止弁が開き、より圧力の低い大気に排気される。 In addition, when the intermediate discharge port 615 is provided, it is necessary to provide the intermediate discharge port 615 with a check valve (not shown). By providing the check valve, when the intermediate pressure Pm is lower than the atmospheric pressure, the check valve closes due to the pressure difference from the atmospheric pressure, and when the intermediate pressure Pm is higher than the atmospheric pressure, the check valve opens. , is exhausted to lower pressure atmosphere.

<第2冷却ガス導入口>
本実施形態のポンプ600では、ケーシング610が、最後段(本実施形態では2段目)の圧縮要素にガスが吸い込まれる吸込位置(上記の中間位置)と吐出口613との間に、ケーシング610の内部に冷却ガスCを導入する逆流冷却ガス導入口617(以下、単に「冷却ガス導入口617」と記載する。)をさらに有する。この冷却ガス導入口617は、本実施形態に係る第2冷却ガス導入口の一例である。冷却ガス導入口617は、第1実施形態に係る冷却ガス導入口117と実質的に同じ構成および機能を有する。
<Second cooling gas inlet>
In the pump 600 of this embodiment, the casing 610 is positioned between the suction position (above intermediate position) where gas is sucked into the final stage (second stage in this embodiment) compression element and the discharge port 613. It further has a backflow cooling gas introduction port 617 (hereinafter simply referred to as "cooling gas introduction port 617") for introducing cooling gas C into the interior. This cooling gas introduction port 617 is an example of a second cooling gas introduction port according to this embodiment. The cooling gas inlet 617 has substantially the same configuration and function as the cooling gas inlet 117 according to the first embodiment.

<その他の構成>
その他、本実施形態のポンプ600は、ケーシング610とベアリング・ギヤ室673との間、および、ケーシング610とベアリング室674との間に、中間室として、サイドカバー680を有している。このサイドカバー680は、第1実施形態に係るサイドカバー180と実質的に同じ構成および機能を有する。
<Other configurations>
In addition, the pump 600 of this embodiment has side covers 680 as intermediate chambers between the casing 610 and the bearing/gear chamber 673 and between the casing 610 and the bearing chamber 674 . This side cover 680 has substantially the same configuration and function as the side cover 180 according to the first embodiment.

<ガスの漏れ量>
図27~図30を参照しながら、多段ルーツ式ポンプに含まれる各圧縮要素におけるガスの漏れ量について説明する。なお、図27は、図28のXXVII-XXVII線により切断した断面図であり、図29は、図30のXXIX-XXIX線により切断した断面図である。
<Amount of gas leakage>
The amount of gas leakage in each compression element included in the multistage roots pump will be described with reference to FIGS. 27 to 30. FIG. 27 is a cross-sectional view cut along line XXVII-XXVII of FIG. 28, and FIG. 29 is a cross-sectional view cut along line XXIX-XXIX of FIG.

圧縮要素における吐出側(高圧側)から吸込側(低圧側)へのガスの漏れ量QLは、多段ルーツ式ポンプの吸込圧力Psと吐出圧力Pdとの差圧ΔP(=Pd-Ps)と、ロータ相互間、ロータとケーシング間等のすき間により形成される漏れ面積ALと、により決まる。差圧ΔPが一定であるとすると、漏れ面積ALが小さいほど、吐出側から吸込側へのガスの漏れ量QLが少なくなる。後段の圧縮要素の吐出側(高圧側)から吸込側(低圧側)へのガスの漏れ量QLが少なくなると、後段の圧縮要素への吸込圧力Psが低下する。吸込圧力Psが低下すると、前段の圧縮要素への吸込圧力Psとの差圧が小さくなるため、前段の圧縮要素の軸動力が低下する。以下、本実施形態に係るポンプ600におけるガスの漏れ面積ALについて、第1実施形態に係るポンプ100におけるガスの漏れ面積ALと比較しながら述べる。 The amount of gas leakage QL from the discharge side (high pressure side) to the suction side (low pressure side) in the compression element is the differential pressure ΔP (=Pd−Ps) between the suction pressure Ps and the discharge pressure Pd of the multistage roots pump, and the leakage area AL formed by the gap between the rotors, between the rotor and the casing, or the like. Assuming that the differential pressure ΔP is constant, the smaller the leakage area AL, the smaller the gas leakage amount QL from the discharge side to the suction side. When the gas leakage amount QL from the discharge side (high pressure side) to the suction side (low pressure side) of the compression element in the latter stage decreases, the suction pressure PsH to the compression element in the latter stage decreases. When the suction pressure PsH decreases, the differential pressure with respect to the suction pressure PsL to the compression element of the previous stage decreases, so the shaft power of the compression element of the previous stage decreases. The gas leakage area AL in the pump 600 according to the present embodiment will be described below in comparison with the gas leakage area AL in the pump 100 according to the first embodiment.

まず、図27および図28に示すように、第1実施形態に係るポンプ100において、1段目の圧縮要素における全漏れ面積AL1および2段目の圧縮要素における全漏れ面積AL2は、それぞれ、以下の式(6)および(7)で表される。
AL1=Ar1+Ax1+As1 ・・・(6)
AL2=Ar2+Ax2+As2 ・・・(7)
First, as shown in FIGS. 27 and 28, in the pump 100 according to the first embodiment, the total leakage area AL1 in the first-stage compression element and the total leakage area AL2 in the second-stage compression element are as follows. (6) and (7).
AL1=Ar1+Ax1+As1 (6)
AL2=Ar2+Ax2+As2 (7)

ただし、式(6)において、Ar1は、1段目のロータ121の突出部の先端とケーシング110の内面とのすき間により形成される漏れ面積であり、Ax1は、ロータ121相互間のすき間により形成される漏れ面積であり、As1は、ロータ121の長さ方向の両端(ロータサイド)とケーシング110との間のすき間により形成される漏れ面積である。また、式(7)において、Ar2は、2段目のロータ131の突出部の先端とケーシング110の内面とのすき間により形成される漏れ面積であり、Ax2は、ロータ131相互間のすき間により形成される漏れ面積であり、As2は、ロータ131のロータサイドとケーシング110との間のすき間により形成される漏れ面積である。 However, in equation (6), Ar1 is the leakage area formed by the gap between the tip of the protruding portion of the rotor 121 of the first stage and the inner surface of the casing 110, and Ax1 is formed by the gap between the rotors 121. As1 is the leakage area formed by the gap between both ends (rotor sides) in the length direction of the rotor 121 and the casing 110. Further, in equation (7), Ar2 is the leakage area formed by the gap between the tip of the protruding portion of the second stage rotor 131 and the inner surface of the casing 110, and Ax2 is formed by the gap between the rotors 131. As2 is the leakage area formed by the gap between the rotor side of the rotor 131 and the casing 110 .

また、漏れ面積Ar1、Ax1、As1、Ar2、Ax2、As2は、以下の式(6-1)~(6-3)および(7-1)~(7-3)により求められる。
Ar1=2×Cr1×L1 ・・・(6-1)
Ax1=Cx1×L1 ・・・(6-2)
As1=CsA1×(D1+H1)+CsB1×(D1+H1) ・・・(6-3)
Ar2=2×Cr2×L2 ・・・(7-1)
Ax2=Cx2×L2 ・・・(7-2)
As2=CsA2×(D2+H2)+CsB2×(D2+H2) ・・・(7-3)
Also, the leak areas Ar1, Ax1, As1, Ar2, Ax2, and As2 are obtained by the following equations (6-1) to (6-3) and (7-1) to (7-3).
Ar1=2×Cr1×L1 (6-1)
Ax1=Cx1×L1 (6-2)
As1=CsA1×(D1+H1)+CsB1×(D1+H1) (6-3)
Ar2=2×Cr2×L2 (7-1)
Ax2=Cx2×L2 (7-2)
As2=CsA2×(D2+H2)+CsB2×(D2+H2) (7-3)

ただし、式(6-1)~(6-3)および(7-1)~(7-3)において、Cr1、Cr2は、それぞれ、ロータ121、131の突出部の先端とケーシング110の内面とのすき間の図27に示した断面での距離である。Cx1、Cx2は、それぞれ、ロータ121、131相互間のすき間の図27で示した断面での距離である。CsA1、CsA2は、それぞれ、ロータ121、131の長さ方向の一方のロータサイドとケーシング110との間のすき間の図28に示した断面での距離である。CsB1、CsB2は、それぞれ、ロータ121,131の長さ方向の他方のロータサイドとケーシング110との間のすき間の図28に示した断面での距離である。また、L1、L2は、それぞれ、ロータ121、131の長さであり、D1、D2は、それぞれ、ロータ121、131の直径である。 However, in equations (6-1) to (6-3) and (7-1) to (7-3), Cr1 and Cr2 are the tips of the protrusions of rotors 121 and 131 and the inner surface of casing 110, respectively. is the distance in the cross section shown in FIG. Cx1 and Cx2 are the distances between the rotors 121 and 131 in the section shown in FIG. 27, respectively. CsA1 and CsA2 are the distances in the cross section shown in FIG. CsB1 and CsB2 are the distances in the cross section shown in FIG. Also, L1 and L2 are the lengths of the rotors 121 and 131, respectively, and D1 and D2 are the diameters of the rotors 121 and 131, respectively.

ここで、上述したように、ポンプ100のような並列内装型多段ルーツ式ポンプの場合には、第1実施形態のように冷却機構を設けない場合には、1段目(低圧側)の圧縮要素で圧縮されたガスが、放熱されずに2段目(高圧側)の圧縮要素に直接吸い込まれ、2段目の圧縮要素でさらに圧縮されることにより、ガスの温度が著しく上昇する。そこで、第1実施形態では、冷却機構により中間位置のガスを常時冷却することにより、2段目の圧縮要素におけるガスの温度上昇を抑制している。そのため、すき間Cr2、Cx2、CsA2、CsB2をロータ131の熱膨張を見越して広めに取る必要がない。 Here, as described above, in the case of a parallel internal multistage roots pump such as the pump 100, if the cooling mechanism is not provided as in the first embodiment, the first stage (low pressure side) compression The gas compressed by the element is directly sucked into the second-stage (high-pressure side) compression element without releasing heat, and is further compressed by the second-stage compression element, thereby significantly increasing the temperature of the gas. Therefore, in the first embodiment, the temperature rise of the gas in the second-stage compression element is suppressed by constantly cooling the gas in the intermediate position by the cooling mechanism. Therefore, it is not necessary to widen the gaps Cr2, Cx2, CsA2, and CsB2 in anticipation of thermal expansion of the rotor 131 .

仮に、ポンプ100において冷却機構を設けない場合には、すき間Cr2、Cx2、CsA2、CsB2をロータ131の熱膨張を見越して広めに取る必要がある。その結果、2段目の圧縮要素における漏れ面積Ar2、Ax2、As2が大きくなり(すなわち、全漏れ面積AL2が大きくなり)、吐出側から吸込側へのガスの漏れ量が増加する。 If the pump 100 were not provided with a cooling mechanism, the gaps Cr2, Cx2, CsA2, and CsB2 would need to be widened in anticipation of the thermal expansion of the rotor 131. FIG. As a result, the leak areas Ar2, Ax2, and As2 in the second-stage compression elements increase (that is, the total leak area AL2 increases), and the amount of gas leaked from the discharge side to the suction side increases.

次に、図29および図30に示すように、本実施形態に係るポンプ600においても、1段目の圧縮要素における全漏れ面積AL1および2段目の圧縮要素における全漏れ面積AL2は、それぞれ、上記の式(6)および(7)で表される。 Next, as shown in FIGS. 29 and 30, also in the pump 600 according to the present embodiment, the total leakage area AL1 in the first-stage compression element and the total leakage area AL2 in the second-stage compression element are, respectively, It is represented by the above equations (6) and (7).

ただし、式(6)において、Ar1は、1段目のロータ621の突出部の先端とケーシング610の内面とのすき間により形成される漏れ面積であり、Ax1は、ロータ621相互間のすき間により形成される漏れ面積であり、As1は、ロータ621の長さ方向の両端(ロータサイド)とケーシング610との間のすき間により形成される漏れ面積である。また、式(7)において、Ar2は、2段目のロータ631の突出部の先端とケーシング610の内面とのすき間により形成される漏れ面積であり、Ax2は、ロータ631相互間のすき間により形成される漏れ面積であり、As2は、ロータ631のロータサイドとケーシング610との間のすき間により形成される漏れ面積である。 However, in equation (6), Ar1 is the leakage area formed by the gap between the tip of the protrusion of the rotor 621 of the first stage and the inner surface of the casing 610, and Ax1 is formed by the gap between the rotors 621. As1 is the leakage area formed by the gap between both ends (rotor sides) in the length direction of the rotor 621 and the casing 610 . In equation (7), Ar2 is the leakage area formed by the gap between the tip of the protruding portion of the second stage rotor 631 and the inner surface of the casing 610, and Ax2 is formed by the gap between the rotors 631. As2 is the leakage area formed by the gap between the rotor side of the rotor 631 and the casing 610 .

また、ポンプ600においても、漏れ面積Ar1、Ax1、As1、Ar2、Ax2、As2は、上記の式(6-1)~(6-3)および(7-1)~(7-3)により求められる。 Also, in the pump 600, the leakage areas Ar1, Ax1, As1, Ar2, Ax2, and As2 are calculated by the above formulas (6-1) to (6-3) and (7-1) to (7-3). be done.

ただし、式(6-1)~(6-3)および(7-1)~(7-3)において、Cr1、Cr2は、それぞれ、ロータ621、631の突出部の先端とケーシング610の内面とのすき間の図29に示した断面での距離である。Cx1、Cx2は、それぞれ、ロータ621、631相互間のすき間の図29で示した断面での距離である。CsA1、CsA2は、それぞれ、ロータ621、631の長さ方向の一方のロータサイドとケーシング610との間のすき間の図30に示した断面での距離である。CsB1、CsB2は、それぞれ、ロータ621,631の長さ方向の他方のロータサイドとケーシング610との間のすき間の図30に示した断面での距離である。また、L1、L2は、それぞれ、ロータ621、631の長さであり、D1、D2は、それぞれ、ロータ621、631の直径である。 However, in equations (6-1) to (6-3) and (7-1) to (7-3), Cr1 and Cr2 are the tips of the protrusions of rotors 621 and 631 and the inner surface of casing 610, respectively. is the distance in the cross section shown in FIG. Cx1 and Cx2 are the distances between the rotors 621 and 631 in the section shown in FIG. 29, respectively. CsA1 and CsA2 are the distances in the cross section shown in FIG. CsB1 and CsB2 are the distances in the cross section shown in FIG. Also, L1 and L2 are the lengths of the rotors 621 and 631, respectively, and D1 and D2 are the diameters of the rotors 621 and 631, respectively.

ここで、ロータ相互間、ロータとケーシング間等のすき間は、ロータ、ケーシングの熱膨張量を考慮して設定されるが、熱膨張量はロータの長さおよび直径に比例するため、ロータの長さが短いほど、ロータの直径が小さいほど、各々の隙間を小さく設定できる。本実施形態に係るポンプ600では、2段目のロータ631の長さL2が、1段目のロータ621の長さL1よりも小さく、かつ、2段目のロータ631の直径D2が、1段目のロータ621の直径D1よりも小さい。したがって、ロータ631の熱膨張量が小さくなるため、ポンプ600の2段目の圧縮要素における各々のすき間Cr2、Cx2、CsA2、CsB2を、1段目の圧縮要素における各々のすき間Cr1、Cx1、CsA1、CsB1よりも小さく設定できる。その結果、ポンプ600の2段目の圧縮要素における漏れ面積Ar2、Ax2、As2が小さくなり(すなわち、全漏れ面積AL2が小さくなり)、吐出側から吸込側へのガスの漏れ量QLが減少する。 Here, the gaps between the rotors and between the rotor and the casing are set in consideration of the amount of thermal expansion of the rotor and casing. The smaller the diameter of the rotor, the smaller each gap can be set. In the pump 600 according to the present embodiment, the length L2 of the rotor 631 of the second stage is smaller than the length L1 of the rotor 621 of the first stage, and the diameter D2 of the rotor 631 of the second stage is equal to that of the rotor 631 of the first stage. smaller than the diameter D1 of the rotor 621 of the eye. Therefore, since the amount of thermal expansion of the rotor 631 is small, the gaps Cr2, Cx2, CsA2, and CsB2 in the second-stage compression element of the pump 600 are replaced by the gaps Cr1, Cx1, and CsA1 in the first-stage compression element. , CsB1. As a result, the leakage areas Ar2, Ax2, and As2 in the second-stage compression elements of the pump 600 become smaller (that is, the total leakage area AL2 becomes smaller), and the gas leakage amount QL from the discharge side to the suction side decreases. .

以上述べたように、本実施形態に係るポンプ600のように、高圧側の圧縮要素におけるロータ(本実施形態では、2段目のロータ631)のサイズを小さくすることにより、第1実施形態に係るポンプ100等のように冷却機構を設けなくても、高圧側の圧縮要素の吐出側(高圧側)から吸込側(低圧側)へのガスの漏れ量QLを減少させることができる。一方で、2段目のロータ631のサイズが小さくなることにより、2段目の圧縮要素の1回転当たりの移動容積が小さくなるため、2段目のロータ631の回転数を上げることで2段目の移動容積Qth2を所定の大きさに調整している。 As described above, like the pump 600 according to this embodiment, by reducing the size of the rotor (in this embodiment, the second stage rotor 631) in the compression element on the high pressure side, Even without providing a cooling mechanism like the pump 100 or the like, it is possible to reduce the gas leakage amount QL from the discharge side (high pressure side) to the suction side (low pressure side) of the compression element on the high pressure side. On the other hand, as the size of the second-stage rotor 631 becomes smaller, the movement volume per rotation of the second-stage compression element becomes smaller. The eye movement volume Qth2 is adjusted to a predetermined size.

例えば、2段目のロータ631のサイズを小さくした上で、さらに、ロータ631の回転数N2を1段目のロータ621の回転数N1と同じか、ロータ621の回転数N1よりも低くすると、2段目の圧縮要素の移動容積Qth2が小さくなりすぎてしまう。ここで、ポンプ全体としての圧力比rの仕様は決まっている(例えば、2段のルーツ式ポンプの場合には、r≦3)ことから、2段目の圧縮要素の移動容積Qth2が小さくなると、その分、1段目の圧縮要素の移動容積Qth1を大きくする必要がある。したがって、このような場合、移動容積Qth2が小さくなりすぎた分、移動容積Qth1が大きくなりすぎてしまう。すなわち、移動容積比R(=Qth2/Qth1)が大きくなりすぎてしまう。1段目の移動容積Qth1が大きくなりすぎると、1段目の圧縮要素で圧縮されるガスの圧縮率も高くなることから、その分、1段目の圧縮要素で圧縮後のガスの温度の上昇量も大きくなる。また、移動容積比Rが大きくなりすぎると、1段目の圧縮要素の2段目の圧縮要素に対する仕事の分担の割合が高くなることから、1段目の軸動力が大きくなりすぎてしまう。 For example, after reducing the size of the rotor 631 in the second stage, if the rotation speed N2 of the rotor 631 is the same as the rotation speed N1 of the rotor 621 in the first stage or lower than the rotation speed N1 of the rotor 621, The movement volume Qth2 of the second stage compression element becomes too small. Here, since the specification of the pressure ratio r for the pump as a whole is fixed (for example, r ≤ 3 in the case of a two-stage roots pump), if the displacement volume Qth2 of the second-stage compression element becomes small, , it is necessary to increase the movement volume Qth1 of the first-stage compression element accordingly. Therefore, in such a case, the movement volume Qth1 becomes too large as the movement volume Qth2 becomes too small. That is, the moving volume ratio R Q (=Qth2/Qth1) becomes too large. If the first-stage movement volume Qth1 becomes too large, the compression rate of the gas compressed by the first-stage compression element also increases. The amount of rise will also increase. In addition, if the movement volume ratio RQ becomes too large, the proportion of work shared by the first-stage compression element with respect to the second-stage compression element becomes high, so the shaft power of the first stage becomes too large. .

そこで、本実施形態に係るポンプ600では、2段目のロータ631のサイズを小さくした場合でも、2段目の圧縮要素の移動容積Qth2が小さくなりすぎないように、2段目のロータ631の回転数N2を上げる(1段目のロータ621の回転数N1よりも高くする)ことにより、移動容積比Rが大きくなりすぎないように、2段目の圧縮要素の移動容積Qth2を適切な大きさに調整している。 Therefore, in the pump 600 according to the present embodiment, even when the size of the second stage rotor 631 is reduced, the second stage rotor 631 is By increasing the rotational speed N2 (higher than the rotational speed N1 of the rotor 621 of the first stage), the displacement volume Qth2 of the second stage compression element is adjusted appropriately so that the displacement volume ratio RQ does not become too large. adjusted for size.

以上の構成を有する本実施形態に係るポンプ600によれば、上述したように、ロータ631のサイズを小さくすることにより、2段目の圧縮要素における漏れ量QL2が低下するため、2段目の圧縮要素への吸込圧力Psが低下する。吸込圧力Psが低下すると、1段目の圧縮要素への吸込圧力Psとの差圧が小さくなるため、1段目の圧縮要素の軸動力が低下する。一方、2段目の圧縮要素への吸込圧力Psが低下することから、2段目の圧縮要素からの吐出圧力Pdとの差圧が大きくなることから、2段目の軸動力は高くなる。しかし、2段目のロータ631のサイズが小さいことから、2段目の軸動力の上昇分は、1段目の軸動力の低下分よりも小さくなるため、ポンプ600全体としての軸動力は低下する。このことは、後述する実施例においても示されている。 According to the pump 600 according to the present embodiment having the above configuration, as described above, by reducing the size of the rotor 631, the leakage amount QL2 in the second stage compression element is reduced. The suction pressure PsH to the compression element drops. When the suction pressure PsH decreases, the pressure difference from the suction pressure PsL to the first stage compression element decreases, so the shaft power of the first stage compression element decreases. On the other hand, since the suction pressure PsH to the second stage compression element decreases, the differential pressure with the discharge pressure PdH from the second stage compression element increases, so the shaft power of the second stage increases. Become. However, since the size of the rotor 631 of the second stage is small, the increase in the shaft power of the second stage is smaller than the decrease of the shaft power of the first stage. do. This is also shown in Examples described later.

(多段ルーツ式ポンプの動作)
続いて、上述した構成を有するポンプ600の駆動方法を述べる。なお、ポンプ600によるガスの圧縮方法およびガスの冷却方法は、上述した第1実施形態のポンプ100と同様である。
(Operation of multistage roots pump)
Next, a method of driving the pump 600 having the configuration described above will be described. The gas compression method and gas cooling method by the pump 600 are the same as those of the pump 100 of the first embodiment described above.

<ポンプの駆動方法>
図24および図26に示すように、図示しないモータにより駆動軸667が回転すると、駆動軸667に支持された第1駆動ギヤ665および第2駆動ギヤ666が同じ方向に回転駆動する。次いで、1対の第1タイミングギヤ661A、661Bのうち、第1駆動ギヤ665と噛み合う一方の第1タイミングギヤ661Aが、第1駆動ギヤ665とは反対方向に回転する。このときの第1タイミングギヤ661Aの回転数は、第1駆動ギヤ665の回転数から、第1駆動ギヤ665の歯数と第1タイミングギヤ661Aの歯数との比から算出される減速比(第1タイミングギヤ661Aの歯数/第1駆動ギヤ665の歯数)で減速された回転数となる。また、一方の第1タイミングギヤ661Aと噛み合う他方の第1タイミングギヤ661Bは、第1タイミングギヤ661Aの歯数と同じ歯数であるため、第1タイミングギヤ661Aと反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ621、621は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ621、621の回転により、吸込口611付近のガスが、吸込口611からケーシング610内に吸い込まれた(図25の矢印Gs)後に、ロータ621により圧縮されて中間位置に吐き出される(図25の矢印Gm)。
<Pump driving method>
As shown in FIGS. 24 and 26, when the drive shaft 667 is rotated by a motor (not shown), the first drive gear 665 and the second drive gear 666 supported by the drive shaft 667 are rotated in the same direction. Next, of the pair of first timing gears 661A and 661B, one of the first timing gears 661A meshing with the first driving gear 665 rotates in the opposite direction to the first driving gear 665. The rotation speed of the first timing gear 661A at this time is a reduction ratio ( The rotational speed is reduced by the number of teeth of the first timing gear 661A/the number of teeth of the first drive gear 665). In addition, since the other first timing gear 661B meshing with the one first timing gear 661A has the same number of teeth as the first timing gear 661A, it rotates at the same number of rotations in the direction opposite to that of the first timing gear 661A. do. As a result, the pair of rotors 621, 621 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 621, 621, the gas near the suction port 611 is sucked into the casing 610 through the suction port 611 (arrow Gs in FIG. 25), then compressed by the rotor 621 and discharged to the intermediate position. (arrow Gm in FIG. 25).

同様に、1対の第2タイミングギヤ662A、662Bのうち、第2駆動ギヤ666と噛み合う一方の第2タイミングギヤ662Aが、第2駆動ギヤ666とは反対方向に回転する。このときの第2タイミングギヤ662Aの回転数は、第2駆動ギヤ666の回転数から、第2駆動ギヤ666の歯数と第2タイミングギヤ662Aの歯数との比から算出される変速比(第2タイミングギヤ662Aの歯数/第2駆動ギヤ666の歯数)で増速された回転数となる。また、一方の第2タイミングギヤ662Aと噛み合う他方の第2タイミングギヤ662Bは、一方の第2タイミングギヤ662Aの歯数と同じ歯数であるため、第2タイミングギヤ662Aと互いに反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ631、631は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ631、631の回転により、1段目のロータ621により圧縮されて中間位置に吐き出されたガスが、中間位置から2段目のロータ631に掻き込まれた(図25の矢印Gm)後に、ロータ631により圧縮されて吐出口613から外部に排出される(図25の矢印Gd)。 Similarly, of the pair of second timing gears 662A and 662B, one of the second timing gears 662A meshing with the second driving gear 666 rotates in the opposite direction to the second driving gear 666. The number of rotations of the second timing gear 662A at this time is a gear ratio ( The rotation speed is increased by (the number of teeth of the second timing gear 662A/the number of teeth of the second driving gear 666). In addition, since the other second timing gear 662B meshing with the one second timing gear 662A has the same number of teeth as the one second timing gear 662A, it rotates in the same direction as the second timing gear 662A. Rotate by number. As a result, the pair of rotors 631, 631 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 631, 631, the gas compressed by the first-stage rotor 621 and discharged to the intermediate position is swept into the second-stage rotor 631 from the intermediate position (see the arrow in FIG. 25). Gm), it is then compressed by the rotor 631 and discharged to the outside from the discharge port 613 (arrow Gd in FIG. 25).

また、本実施形態では、1段目と2段目の間の中間位置の圧力(中間圧力)Pmが大気圧以上の場合には、圧力差によりガスが中間吐出口615から、より圧力の低い大気に排出され(図25の矢印Ge)、中間圧力Pmが大気圧以下まで下がる。したがって、2段目の圧縮要素(ロータ631)への吸込圧力が小さくなるため、2段目の吸込圧力Ps2と吸込口611から吸い込まれるガスの圧力(1段目の吸込圧力Ps1)との差ΔP1を小さくすることができる。その結果、ポンプ600を作動するモータの動力を低減できる。特に、ポンプ600が吸込口611に向けてガスを引き始めた段階では、中間圧力Pmが大気圧以上になりやすいため、ガスの引き始めの段階において、特に、モータの動力低減効果が高い。 Further, in this embodiment, when the pressure (intermediate pressure) Pm at the intermediate position between the first stage and the second stage is equal to or higher than the atmospheric pressure, the pressure difference causes the gas to flow out of the intermediate discharge port 615 at a lower pressure. It is discharged to the atmosphere (arrow Ge in FIG. 25), and the intermediate pressure Pm drops below the atmospheric pressure. Therefore, since the suction pressure to the second-stage compression element (rotor 631) becomes smaller, the difference between the second-stage suction pressure Ps2 and the pressure of the gas sucked from the suction port 611 (first-stage suction pressure Ps1) ΔP1 can be reduced. As a result, the power of the motor that operates the pump 600 can be reduced. In particular, when the pump 600 starts to draw gas toward the suction port 611, the intermediate pressure Pm tends to be higher than the atmospheric pressure.

本実施形態では、第1タイミングギヤ661の回転速度が減速される一方で、第2タイミングギヤ662の回転速度が増速されるように、各ギヤの歯数が決められている。また、ロータ621の直径D1がロータ631の直径D2よりも大きい。さらに、ロータ621の長さL1がロータ631の長さL2よりも長い。このような特殊な条件下であっても、上述したように、移動容積比Rが1より大きくなるようにすることは可能である。 In this embodiment, the number of teeth of each gear is determined so that the rotation speed of the first timing gear 661 is reduced while the rotation speed of the second timing gear 662 is increased. Also, the diameter D1 of the rotor 621 is larger than the diameter D2 of the rotor 631 . Furthermore, length L1 of rotor 621 is longer than length L2 of rotor 631 . Even under such special conditions, it is possible to make the volumetric displacement ratio RQ larger than 1 as described above.

[第7実施形態]
次に、図31および図32を参照しながら、本発明の第7実施形態に係る多段ルーツ式ポンプについて詳述する。図31は、本実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの一例としての内装2段ルーツ式ポンプ700(以下、「ポンプ700」と省略して記載する。)の全体構成を示す部分断面図である。図32は、図31のXXXII-XXXII線で切断した断面図である。第6実施形態のポンプ600は、1段目(低圧側)のロータ621と2段目(高圧側)のロータ631の長さおよび直径が異なるという例であったが、本実施形態に係るポンプ700は、1段目のロータ721の長さが、2段目のロータ731の長さよりも大きく、かつ、1段目のロータ721の直径が、2段目のロータ731の直径と等しい、という例である。なお、以下では、上述した実施形態と重複する説明を適宜省略する。
[Seventh Embodiment]
Next, a multi-stage roots pump according to a seventh embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 31 and 32. FIG. FIG. 31 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of an internal two-stage roots-type pump 700 (hereinafter abbreviated as "pump 700") as an example of a multi-stage roots-type pump according to the present embodiment. 32 is a cross-sectional view taken along line XXXII-XXXII of FIG. 31. FIG. The pump 600 of the sixth embodiment is an example in which the first stage (low pressure side) rotor 621 and the second stage (high pressure side) rotor 631 have different lengths and diameters. 700 states that the length of the rotor 721 of the first stage is greater than the length of the rotor 731 of the second stage, and the diameter of the rotor 721 of the first stage is equal to the diameter of the rotor 731 of the second stage. For example. In addition, below, the description which overlaps with embodiment mentioned above is abbreviate|omitted suitably.

(多段ルーツ式ポンプの構成)
図31および図32に示すように、ポンプ700は、回転圧縮機の一種である2段ルーツ式ポンプであり、ケーシング710と、2段(2組)の圧縮要素と、駆動機構とを主に備える。
(Configuration of multistage roots pump)
As shown in FIGS. 31 and 32, the pump 700 is a two-stage roots pump, which is a type of rotary compressor, and mainly includes a casing 710, two stages (two sets) of compression elements, and a drive mechanism. Prepare.

<ケーシング>
ケーシング710の構成および機能は、第6実施形態に係るケーシング610と同様である。
<Casing>
The configuration and function of casing 710 are similar to casing 610 according to the sixth embodiment.

<圧縮要素>
本実施形態の圧縮要素としては、単一のケーシング710内に、吸込口711側に位置する1段目(低圧側)の圧縮要素と、吐出口713側に位置する2段目(高圧側)の圧縮要素の、2段の圧縮要素とが設けられている。2段の圧縮要素間には、直列内装型多段ルーツ式ポンプのように、仕切り板等は設けられておらず、複数の圧縮要素が、一体のケーシング710内に単一の段群として設けられている。各段の圧縮要素は、1対のロータと、当該1対のロータを支持する2本の回転軸と、をそれぞれ独立に有する。具体的には、本実施形態では、1段目の圧縮要素は、1対のロータ721、721と、2本の回転軸722、722とを有する。2段目の圧縮要素は、1対のロータ731、731と、2本の回転軸732、732とを有する。
<Compression element>
As the compression element of this embodiment, a first stage (low pressure side) compression element located on the suction port 711 side and a second stage (high pressure side) compression element located on the discharge port 713 side are provided in the single casing 710. A two-stage compression element is provided. A partition plate or the like is not provided between the two stages of the compression elements unlike the series internal multi-stage roots type pump, and a plurality of compression elements are provided as a single stage group within the integral casing 710. ing. Each stage compression element independently has a pair of rotors and two rotary shafts that support the pair of rotors. Specifically, in this embodiment, the first-stage compression element has a pair of rotors 721 and 721 and two rotating shafts 722 and 722 . The second stage compression element has a pair of rotors 731 and 731 and two rotating shafts 732 and 732 .

図32に示すように、ロータ721は、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部721a、721b、721cを有する形状である。また、各突出部721a、721b、721cの間には、凹部721dが設けられている。同様に、ロータ731も、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部731a、731b、731cを有する形状である。また、各突出部731a、731b、731cの間には、凹部731dが設けられている。 As shown in FIG. 32, the rotor 721 is a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped to have three pieces of projections 721a, 721b, 721c projecting radially from the center of rotation. In addition, recesses 721d are provided between the protrusions 721a, 721b, and 721c. Similarly, the rotor 731 is also a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped with three pieces of projections 731a, 731b, 731c projecting radially from the center of rotation. Further, recesses 731d are provided between the protrusions 731a, 731b, and 731c.

1対のロータ721、721は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸722、722は、1対のロータ721、721を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸722、722は、2つのベアリング723、723により支持されている。同様に、1対のロータ731、731は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸732、732は、1対のロータ731、731を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸732、732は、2つのベアリング733、733により支持されている。さらに、本実施形態では、回転軸722と回転軸732とが、互いに平行となるように配置される。なお、以下、必要に応じて、ロータ731について、ロータ721と重複する説明を省略し、ロータ721の内容を適宜読み替えるものとする。 The pair of rotors 721, 721 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 722, 722 rotatably support a pair of rotors 721, 721 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 722 , 722 are supported by two bearings 723 , 723 . Similarly, a pair of rotors 731, 731 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 732, 732 rotatably support a pair of rotors 731, 731 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 732 , 732 are supported by two bearings 733 , 733 . Furthermore, in this embodiment, the rotating shaft 722 and the rotating shaft 732 are arranged so as to be parallel to each other. In the following description, the description of the rotor 731 that overlaps with that of the rotor 721 will be omitted as necessary, and the contents of the rotor 721 will be replaced as appropriate.

1対のロータ721、721同士およびロータ721とケーシング710の内面710aとが接触しないように、各々のロータ721、721同士の間および突出部721a、721b、721cの先端(葉端)とケーシング710の内面710aと間には、わずかなすき間ができるように、ロータ721が配置される。このすき間の大きさについては、第1実施形態と同様である。各々のロータ721、721は、後述するタイミングギヤ761、761により回転位相が維持されており、ロータ721の断面形状は、例えば、いわゆるインボリュート曲線となっているため、上記のわずかなすき間、すなわち、シールされた状態を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。同様に、ロータ731は、対となるロータ731およびケーシング710の内面710dとの間にわずかなすき間ができるように配置される。また、1対のロータ731、731は、わずかなすき間を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。ここで、本実施形態では、後述するように、2段目のロータ731相互間およびロータ731とケーシング710との間のすき間の方が、1段目のロータ721相互間およびロータ721とケーシング710との間のすき間よりも狭く設定される。その他、ロータ721、731の構成および機能は、上述した各実施形態に係るロータの構成および機能と同様である。 Between the rotors 721 and 721 and the tips (leaf ends) of the protrusions 721a, 721b, and 721c and the casing 710 are arranged so that the pair of rotors 721 and 721 and the rotor 721 and the inner surface 710a of the casing 710 do not come into contact with each other. A rotor 721 is arranged with a slight gap between the inner surface 710a of the . The size of this gap is the same as in the first embodiment. Rotation phases of the rotors 721, 721 are maintained by timing gears 761, 761, which will be described later, and the cross-sectional shape of the rotor 721 is, for example, a so-called involute curve. They can rotate in opposite directions without touching each other while remaining sealed. Similarly, the rotor 731 is arranged so that a slight gap is formed between the paired rotor 731 and the inner surface 710 d of the casing 710 . Also, the pair of rotors 731, 731 can rotate in opposite directions while maintaining a small gap without coming into contact with each other. Here, in the present embodiment, as will be described later, the clearances between the rotors 731 in the second stage and between the rotor 731 and the casing 710 are larger than the clearances between the rotors 721 in the first stage and between the rotor 721 and the casing 710 . is set narrower than the gap between Other configurations and functions of the rotors 721 and 731 are the same as those of the rotors according to the above embodiments.

ポンプ700では、1段目の圧縮要素であるロータ721、回転軸722等と、2段目の圧縮要素であるロータ731、回転軸732等とは、単一のケーシング710内において、同じ段の2本の回転軸722、722(または2本の回転軸732、732)を含む仮想の平面の法線方向に沿って、並列に配置されている。すなわち、1段目のロータ721と2段目のロータ731とは、それぞれ、別の軸に支持されており、かつ、同じ段の2本の回転軸が互いに平行で、かつ、異なる段の2本の回転軸も互いに平行に配置される。換言すると、ガスの吸込口711、1段目のロータ721、2段目のロータ731および吐出口713が、鉛直方向に沿って並んで配置される。したがって、ガスが吸込口711からケーシング710内に導入されると(図32の矢印Gs)、鉛直下方に進み、ロータ721により圧縮された後に、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素の中間に進む(図32の矢印Gm)。ロータ721により圧縮されたガスは、さらに鉛直下方に進み、2段目のロータ731により圧縮された後に、そのまま吐出口713からケーシング710外に排出される(図32の矢印Gd)。 In the pump 700, the rotor 721, the rotating shaft 722, etc., which are the first stage compression elements, and the rotor 731, the rotating shaft 732, etc. which are the second stage compression elements are arranged in a single casing 710 at the same stage. They are arranged in parallel along the normal direction of an imaginary plane containing the two rotation axes 722, 722 (or the two rotation axes 732, 732). That is, the rotor 721 of the first stage and the rotor 731 of the second stage are respectively supported by different shafts, and the two rotating shafts of the same stage are parallel to each other, and the two rotors of the different stages are parallel to each other. The axes of rotation of the books are also arranged parallel to each other. In other words, the gas suction port 711, the first-stage rotor 721, the second-stage rotor 731, and the gas discharge port 713 are arranged side by side in the vertical direction. Therefore, when the gas is introduced into the casing 710 from the suction port 711 (arrow Gs in FIG. 32), it travels vertically downward, is compressed by the rotor 721, and then passes through the first stage compression element and the second stage compression element. (arrow Gm in FIG. 32). The gas compressed by the rotor 721 further travels vertically downward, is compressed by the second-stage rotor 731, and is then directly discharged from the discharge port 713 to the outside of the casing 710 (arrow Gd in FIG. 32).

このように、本実施形態に係るポンプ700によれば、単一のケーシング710内において、1段目のロータ721と2段目のロータ731とが別の軸上に並列に配置されている。そのため、直列内装型多段ルーツ式ポンプと異なり、1段目の圧縮要素(ロータ721)と2段目の圧縮要素(ロータ731)との間に仕切りを設けなくても、ロータ721、731の配置自体で、2段の圧縮要素のポンプ作動領域に分けることができる。また、直列内装型多段ルーツ式ポンプの場合には、2段のロータを有する場合、ロータ2つ分以上の回転軸の長さが必要となるが、ポンプ700では、ロータ721とロータ731とが別軸上に並列に配置されているため、ロータの回転軸の長さは、ロータ1つ分程度の長さで足りる。したがって、回転軸722、732やケーシング710の剛性の低下を抑制できる。特に、ポンプ700を大風量化するためにロータ721、731の長さを長くしたとしても剛性が低下したりすることがないため、大風量化が容易となる。さらに、1段目と2段目のポンプ作動領域間で、寸法の精度や位置合わせの精度がそれ程高くなくても、組立上およびポンプ700の性能上支障がない範囲で収まるため、それほど高い加工精度および組立精度は求められない。 Thus, according to the pump 700 according to the present embodiment, the first stage rotor 721 and the second stage rotor 731 are arranged in parallel on different shafts within the single casing 710 . Therefore, unlike the in-line multistage roots pump, the rotors 721 and 731 can be arranged without providing a partition between the first stage compression element (rotor 721) and the second stage compression element (rotor 731). As such, it can be divided into two stages of compression element pumping regions. In addition, in the case of a series internal multi-stage roots pump, if it has two stages of rotors, the length of the rotating shaft is required to be equal to or longer than two rotors. Since the rotors are arranged in parallel on different shafts, the length of the rotation shaft of the rotor is sufficient for about one rotor. Therefore, a decrease in rigidity of the rotating shafts 722 and 732 and the casing 710 can be suppressed. In particular, even if the length of the rotors 721 and 731 is lengthened in order to increase the air volume of the pump 700, the rigidity does not decrease, so the increase in air volume is facilitated. Furthermore, even if the dimensional accuracy and alignment accuracy between the first stage and second stage pump operation areas are not so high, they are within a range that does not hinder the performance of the pump 700 in terms of assembly and performance. Accuracy and assembly accuracy are not required.

<移動容積比>
本実施形態のポンプ700においても、別の回転軸上に並列に配置された1段目の圧縮要素(ロータ721)と2段目の圧縮要素(ロータ731)との間において、下記式(1)で表される移動容積比Rが1より大きい。
=Qth/Qth ・・・(1)
<Transfer volume ratio>
Also in the pump 700 of this embodiment, between the first-stage compression element (rotor 721) and the second-stage compression element (rotor 731) arranged in parallel on separate rotating shafts, the following formula (1 ) is greater than 1.
RQ = QthL / QthH (1)

ここで、本実施形態における移動容積Qthとは、いわゆる押しのけ量のことであり、回転数Nに比例した、ケーシング710とロータ721またはロータ731とで囲まれた空間の時間当たりの理論容積である。すなわち、上述したように、移動容積Qth(m/min)は、以下の式(2)で表される。
Qth=Vth(m/rev)×N(min-1
=A(m/rev)×L(m)×N(min-1) ・・・(2)
Here, the movement volume Qth in this embodiment is a so-called displacement amount, which is the theoretical volume per hour of the space surrounded by the casing 710 and the rotor 721 or 731, which is proportional to the rotational speed N. . That is, as described above, the movement volume Qth (m 3 /min) is represented by the following equation (2).
Qth=Vth(m 3 /rev)×N(min −1 )
=A (m 2 /rev) x L (m) x N (min -1 ) (2)

ただし、式(2)において、Vthは、押しのけ容積であり、Aは、1回転当たりの移動面積であり、Lは、ロータの長さであり、Nは、ロータの回転数である。移動面積Aは、押しのけ容積Vtの回転軸722、732に垂直な断面における断面積である。 where, in equation (2), Vth is the displacement, A is the area of movement per revolution, L is the length of the rotor, and N is the number of rotations of the rotor. The area of movement A is the cross-sectional area of the displacement volume Vt in a cross-section perpendicular to the rotation axes 722 and 732 .

本実施形態のポンプ700における1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2は、上述した第6実施形態と同様に、下記式(3)で表される。 The displacement volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage in the pump 700 of this embodiment is expressed by the following equation (3), as in the sixth embodiment described above.

Figure 0007179315000015
Figure 0007179315000015

ただし、式(3)において、Qth1は1段目の圧縮要素の移動容積、Qth2は2段目の圧縮要素の移動容積、A1は1段目の圧縮要素の移動面積、A2は2段目の圧縮要素の移動面積、L1は1段目のロータ721の長さ、L2は2段目のロータ731の長さ、N1は1段目のロータ721の回転数、N2は2段目のロータ731の回転数を表す。 However, in equation (3), Qth1 is the movement volume of the first stage compression element, Qth2 is the movement volume of the second stage compression element, A1 is the movement area of the first stage compression element, A2 is the second stage The moving area of the compression element, L1 is the length of the first stage rotor 721, L2 is the length of the second stage rotor 731, N1 is the rotation speed of the first stage rotor 721, and N2 is the second stage rotor 731. represents the number of rotations of

ここで、本実施形態のポンプ700では、ロータ721の直径D1は、ロータ731の直径D2と等しい(D1=D2)ため、1段目の移動面積A1は、2段目の移動面積A2と等しい(A1=A2)。また、1段目のロータ721の長さL1が、2段目のロータ731の長さL2よりも長い(L1>L2)。一方、1段目のロータ721の回転数N1は、2段目のロータ731の回転数N2よりも低い(N1<N2)。このような場合であっても、移動容積比Rを1以上とすることができれば、第1実施形態とは異なり、2段目(高圧側)のロータ731の回転数を、1段目(低圧側)のロータ721の回転数よりも高くしてもよい。 Here, in the pump 700 of this embodiment, the diameter D1 of the rotor 721 is equal to the diameter D2 of the rotor 731 (D1=D2), so the movement area A1 of the first stage is equal to the movement area A2 of the second stage. (A1=A2). Also, the length L1 of the first stage rotor 721 is longer than the length L2 of the second stage rotor 731 (L1>L2). On the other hand, the rotation speed N1 of the first stage rotor 721 is lower than the rotation speed N2 of the second stage rotor 731 (N1<N2). Even in such a case, if the moving volume ratio RQ can be set to 1 or more, unlike the first embodiment, the rotation speed of the rotor 731 of the second stage (high pressure side) can be reduced to that of the rotor 731 of the first stage ( It may be higher than the rotation speed of the rotor 721 on the low pressure side).

以上のように、移動容積比Rが1より大きいと、ポンプ700の駆動軸767の軸動力を低減できる。 As described above, when the displacement volume ratio RQ is greater than 1, the shaft power of the drive shaft 767 of the pump 700 can be reduced.

<駆動機構>
図31に示すように、本実施形態の駆動機構は、1対の第1タイミングギヤ761と、1対の第2タイミングギヤ762と、第1駆動ギヤ765と、第2駆動ギヤ766と、モータ入力軸である単一の駆動軸767と、を備える。
<Drive Mechanism>
As shown in FIG. 31, the drive mechanism of this embodiment includes a pair of first timing gears 761, a pair of second timing gears 762, a first drive gear 765, a second drive gear 766, a motor and a single drive shaft 767 which is the input shaft.

1対の第1タイミングギヤ761、761は、1段目の2本の回転軸722の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ721、721の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。1対の第2タイミングギヤ762、762は、2段目の2本の回転軸732の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ731、731の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。 A pair of first timing gears 761, 761 are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 722 of the first stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 721, 721 match each other. , have the same number of teeth. A pair of second timing gears 762, 762 are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 732 of the second stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 731, 731 match each other. , have the same number of teeth.

また、第1駆動ギヤ765は、1対の第1タイミングギヤ761のうちの一方の第1タイミングギヤ761と噛み合うように設けられており、第2駆動ギヤ766は、1対の第2タイミングギヤ762のうちの一方の第2タイミングギヤ762と噛み合うように設けられている。さらに、駆動軸767は、第1駆動ギヤ765と第2駆動ギヤ766とを回転可能に支持する。すなわち、第1駆動ギヤ765と第2駆動ギヤ766とは、同一の駆動軸に回転可能に支持される。この駆動軸767は、サイドカバー780に設けられたベアリング768と、ベアリング・ギヤ室773に設けられたベアリング768とにより支持されている。また、ベアリング・ギヤ室773に設けられたベアリング768側の駆動軸767の軸端は、モータ(図示せず。)に接続されている。 Also, the first drive gear 765 is provided so as to mesh with one of the pair of first timing gears 761, the first timing gear 761, and the second drive gear 766 is provided so as to mesh with the pair of second timing gears. It is provided so as to mesh with one of the second timing gears 762 of 762 . Furthermore, the drive shaft 767 rotatably supports the first drive gear 765 and the second drive gear 766 . That is, the first drive gear 765 and the second drive gear 766 are rotatably supported by the same drive shaft. The drive shaft 767 is supported by a bearing 768 provided in the side cover 780 and a bearing 768 provided in the bearing/gear chamber 773 . The shaft end of the drive shaft 767 on the bearing 768 side provided in the bearing/gear chamber 773 is connected to a motor (not shown).

上述したように、本実施形態では、2段目のロータ731の回転数が、1段目のロータ721の回転数より高い。言い換えると、2段目のロータ731の回転速度が、1段目のロータ721の回転速度より速い。そこで、ポンプ700では、2段目のロータ731の回転数が1段目のロータ721の回転数より高くなるように、第1駆動ギヤ765および第2駆動ギヤ766の歯数が設定される。図31には、例えば、駆動軸767の回転速度から回転軸722の回転速度を減速させ、回転軸732の回転速度を増速する例が示されている。図31に示した例では、第1タイミングギヤ761の歯数が、第1駆動ギヤ765の歯数よりも多く、第1駆動ギヤ765の歯数が、第2駆動ギヤ766の歯数よりも少なく、第2タイミングギヤ762の歯数が、第2駆動ギヤ766の歯数よりも少なくなっている。 As described above, in this embodiment, the rotation speed of the rotor 731 in the second stage is higher than the rotation speed of the rotor 721 in the first stage. In other words, the rotation speed of the rotor 731 in the second stage is faster than the rotation speed of the rotor 721 in the first stage. Therefore, in pump 700, the number of teeth of first drive gear 765 and second drive gear 766 is set so that the rotation speed of rotor 731 in the second stage is higher than the rotation speed of rotor 721 in the first stage. FIG. 31 shows an example in which the rotation speed of the drive shaft 767 is reduced from that of the rotation shaft 722 and the rotation speed of the rotation shaft 732 is increased. In the example shown in FIG. 31, the number of teeth of the first timing gear 761 is greater than that of the first driving gear 765, and the number of teeth of the first driving gear 765 is greater than that of the second driving gear 766. The number of teeth of the second timing gear 762 is less than the number of teeth of the second drive gear 766 .

<中間吐出口>
本実施形態のポンプ700を真空ポンプとして使用する場合、ケーシング710が、隣接する圧縮要素間、すなわち、1段目(低圧側)の圧縮要素と2段目(高圧側)の圧縮要素との間の中間位置に、ガスを外部に吐出する中間吐出口715をさらに有してもよい。図32に示した例では、中間吐出口715をケーシング710の左側面に1箇所のみ設けた例が示されているが、中間吐出口715の数は特に制限されず、2箇所以上設けてもよい。例えば、図32に示した断面において、ケーシング710の右側面のうち、1段目(低圧側)の圧縮要素と2段目(高圧側)の圧縮要素との間の中間位置に、中間吐出口715が設けられていてもよい。中間吐出口715は、第6実施形態に係る中間吐出口615と実質的に同じ構成および機能を有する。
<Intermediate outlet>
When the pump 700 of this embodiment is used as a vacuum pump, the casing 710 is positioned between adjacent compression elements, that is, between the first stage (low pressure side) compression element and the second stage (high pressure side) compression element. An intermediate discharge port 715 for discharging gas to the outside may be further provided at an intermediate position of . The example shown in FIG. 32 shows an example in which only one intermediate outlet 715 is provided on the left side surface of the casing 710, but the number of intermediate outlets 715 is not particularly limited, and two or more outlets may be provided. good. For example, in the cross section shown in FIG. 715 may be provided. The intermediate outlet 715 has substantially the same configuration and function as the intermediate outlet 615 according to the sixth embodiment.

<第2冷却ガス導入口>
本実施形態のポンプ700では、ケーシング710が、最後段(本実施形態では2段目)の圧縮要素にガスが吸い込まれる吸込位置(上記の中間位置)と吐出口713との間に、ケーシング710の内部に冷却ガスCを導入する逆流冷却ガス導入口717(以下、単に「冷却ガス導入口717」と記載する。)をさらに有する。この冷却ガス導入口717は、本実施形態に係る第2冷却ガス導入口の一例である。冷却ガス導入口717は、第1実施形態に係る冷却ガス導入口117と実質的に同じ構成および機能を有する。
<Second cooling gas inlet>
In the pump 700 of the present embodiment, the casing 710 is positioned between the suction position (above intermediate position) where gas is sucked into the last stage (second stage in this embodiment) compression element and the discharge port 713. It further has a backflow cooling gas introduction port 717 (hereinafter simply referred to as "cooling gas introduction port 717") for introducing cooling gas C into the interior of the . This cooling gas introduction port 717 is an example of a second cooling gas introduction port according to this embodiment. The cooling gas inlet 717 has substantially the same configuration and function as the cooling gas inlet 117 according to the first embodiment.

<その他の構成>
その他、本実施形態のポンプ700は、ケーシング710とベアリング・ギヤ室773との間、および、ケーシング710とベアリング室774との間に、中間室として、サイドカバー780を有している。このサイドカバー780は、第1実施形態に係るサイドカバー180と実質的に同じ構成および機能を有する。
<Other configurations>
In addition, the pump 700 of this embodiment has side covers 780 as intermediate chambers between the casing 710 and the bearing/gear chamber 773 and between the casing 710 and the bearing chamber 774 . This side cover 780 has substantially the same configuration and function as the side cover 180 according to the first embodiment.

<ガスの漏れ量>
2段目の圧縮要素におけるガスの漏れ量QLに関しては、基本的に、上述した第6実施形態と同様であるが、以下の点で相違する。すなわち、本実施形態では、ロータ731の直径D2は、ロータ721の直径D1と等しいため、2段目の圧縮要素におけるロータ731とケーシング710との間のすき間Cr2と、ロータ731相互間のすき間Cx2の減少効果が第6実施形態よりも小さい。そのため、2段目の圧縮要素における漏れ面積Ar2、Ax2の減少効果が第6実施形態よりも小さい。しかしながら、ロータ731のロータサイドのすき間CsA2、CsB2の減少効果は第6実施形態と同等にできるため、2段目の圧縮要素における全漏れ面積AL2の減少効果は、本実施形態においても十分に得られる。その結果、2段目の圧縮要素における吐出側から吸込側へのガスの漏れ量QLが減少する。ただし、全漏れ面積AL2の減少効果をさらに高めるためには、上述した第6実施形態のように、ロータ731の直径D2をロータ721の直径D1よりも小さくすることが好ましい。
<Amount of gas leakage>
The gas leakage amount QL in the second-stage compression element is basically the same as in the above-described sixth embodiment, but differs in the following points. That is, in this embodiment, since the diameter D2 of the rotor 731 is equal to the diameter D1 of the rotor 721, the clearance Cr2 between the rotor 731 and the casing 710 in the second stage compression element and the clearance Cx2 between the rotors 731 is smaller than in the sixth embodiment. Therefore, the effect of reducing the leakage areas Ar2 and Ax2 in the second-stage compression element is smaller than in the sixth embodiment. However, since the effect of reducing the clearances CsA2 and CsB2 on the rotor side of the rotor 731 can be the same as in the sixth embodiment, the effect of reducing the total leakage area AL2 in the second-stage compression element can be sufficiently obtained in this embodiment as well. be done. As a result, the leakage amount QL of gas from the discharge side to the suction side in the second stage compression element is reduced. However, in order to further enhance the effect of reducing the total leak area AL2, it is preferable to make the diameter D2 of the rotor 731 smaller than the diameter D1 of the rotor 721 as in the sixth embodiment described above.

(多段ルーツ式ポンプの動作)
続いて、上述した構成を有するポンプ700の駆動方法を述べる。なお、ポンプ700によるガスの圧縮方法およびガスの冷却方法は、上述した第1実施形態のポンプ100と同様である。
(Operation of multistage roots pump)
Next, a method of driving pump 700 having the above configuration will be described. The gas compression method and gas cooling method by the pump 700 are the same as those of the pump 100 of the first embodiment described above.

<ポンプの駆動方法>
図31に示すように、図示しないモータにより駆動軸767が回転すると、駆動軸767に支持された第1駆動ギヤ765および第2駆動ギヤ766が同じ方向に回転駆動する。次いで、1対の第1タイミングギヤ761、761のうち、第1駆動ギヤ765と噛み合う一方の第1タイミングギヤ761が、第1駆動ギヤ765とは反対方向に回転する。このときの一方の第1タイミングギヤ761の回転数は、第1駆動ギヤ765の回転数から、第1駆動ギヤ765の歯数と一方の第1タイミングギヤ761の歯数との比から算出される減速比(一方の第1タイミングギヤ761の歯数/第1駆動ギヤ765の歯数)で減速された回転数となる。また、一方の第1タイミングギヤ761と噛み合う他方の第1タイミングギヤ761は、一方の第1タイミングギヤ761の歯数と同じ歯数であるため、一方の第1タイミングギヤ761と反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ721、721は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ721、721の回転により、吸込口711付近のガスが、吸込口711からケーシング710内に吸い込まれた(図32の矢印Gs)後に、ロータ721により圧縮されて中間位置に吐き出される(図32の矢印Gm)。
<Pump driving method>
As shown in FIG. 31, when the drive shaft 767 is rotated by a motor (not shown), the first drive gear 765 and the second drive gear 766 supported by the drive shaft 767 are rotationally driven in the same direction. Next, of the pair of first timing gears 761 , 761 , one of the first timing gears 761 meshing with the first driving gear 765 rotates in the opposite direction to the first driving gear 765 . The rotation speed of one of the first timing gears 761 at this time is calculated from the rotation speed of the first drive gear 765 and the ratio between the number of teeth of the first drive gear 765 and the number of teeth of the first timing gear 761. (Number of teeth of one first timing gear 761/number of teeth of first drive gear 765). In addition, since the other first timing gear 761 meshing with the one first timing gear 761 has the same number of teeth as the one first timing gear 761, it has the same number of teeth in the opposite direction as the one first timing gear 761. Rotate at rpm. As a result, the pair of rotors 721, 721 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 721, 721, the gas near the suction port 711 is sucked into the casing 710 through the suction port 711 (arrow Gs in FIG. 32), then compressed by the rotor 721 and discharged to the intermediate position. (arrow Gm in FIG. 32).

同様に、1対の第2タイミングギヤ762、762のうち、第2駆動ギヤ766と噛み合う一方の第2タイミングギヤ762が、第2駆動ギヤ766とは反対方向に回転する。このときの一方の第2タイミングギヤ762の回転数は、第2駆動ギヤ766の回転数から、第2駆動ギヤ766の歯数と一方の第2タイミングギヤ762の歯数との比から算出される変速比(一方の第2タイミングギヤ762の歯数/第2駆動ギヤ766の歯数)で増速された回転数となる。また、一方の第2タイミングギヤ762と噛み合う他方の第2タイミングギヤ762は、一方の第2タイミングギヤ762の歯数と同じ歯数であるため、一方の第2タイミングギヤ762と互いに反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ731、731は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ731、731の回転により、1段目のロータ721により圧縮されて中間位置に吐き出されたガスが、中間位置から2段目のロータ731に掻き込まれた(図32の矢印Gm)後に、ロータ731により圧縮されて吐出口713から外部に排出される(図32の矢印Gd)。 Similarly, of the pair of second timing gears 762 , 762 , one of the second timing gears 762 meshing with the second drive gear 766 rotates in the opposite direction to the second drive gear 766 . The rotation speed of one of the second timing gears 762 at this time is calculated from the rotation speed of the second drive gear 766 and the ratio of the number of teeth of the second drive gear 766 to the number of teeth of the one second timing gear 762. The number of revolutions is increased by the gear ratio (the number of teeth of one of the second timing gears 762/the number of teeth of the second driving gear 766). In addition, the other second timing gear 762 meshing with the one second timing gear 762 has the same number of teeth as the one second timing gear 762, so that the one second timing gear 762 and the other second timing gear 762 are engaged in opposite directions. rotate at the same speed. As a result, the pair of rotors 731, 731 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 731, 731, the gas compressed by the first stage rotor 721 and discharged to the intermediate position is swept into the second stage rotor 731 from the intermediate position (arrow in FIG. 32). Gm), it is then compressed by the rotor 731 and discharged to the outside from the discharge port 713 (arrow Gd in FIG. 32).

また、本実施形態では、1段目と2段目の間の中間位置の圧力(中間圧力)Pmが大気圧以上の場合には、圧力差によりガスが中間吐出口715から、より圧力の低い大気に排出され(図32の矢印Ge)、中間圧力Pmが大気圧以下まで下がる。したがって、2段目の圧縮要素(ロータ731)への吸込圧力が小さくなるため、2段目の吸込圧力Ps2と吸込口711から吸い込まれるガスの圧力(1段目の吸込圧力Ps1)との差ΔP1を小さくすることができる。その結果、ポンプ700を作動するモータの動力を低減できる。特に、ポンプ700が吸込口711に向けてガスを引き始めた段階では、中間圧力Pmが大気圧以上になりやすいため、ガスの引き始めの段階において、特に、モータの動力低減効果が高い。 Further, in this embodiment, when the pressure (intermediate pressure) Pm at the intermediate position between the first stage and the second stage is equal to or higher than the atmospheric pressure, the pressure difference causes the gas to flow out of the intermediate discharge port 715 at a lower pressure. It is discharged to the atmosphere (arrow Ge in FIG. 32), and the intermediate pressure Pm drops below the atmospheric pressure. Therefore, since the suction pressure to the second-stage compression element (rotor 731) becomes smaller, the difference between the second-stage suction pressure Ps2 and the pressure of the gas sucked from the suction port 711 (first-stage suction pressure Ps1) ΔP1 can be reduced. As a result, the power of the motor that operates the pump 700 can be reduced. In particular, when the pump 700 starts to draw gas toward the suction port 711, the intermediate pressure Pm tends to be higher than the atmospheric pressure.

本実施形態では、第1タイミングギヤ761の回転速度が減速される一方で、第2タイミングギヤ762の回転速度が増速されるように、各ギヤの歯数が決められている。また、ロータ721の長さL1がロータ731の長さL2よりも長い。このような特殊な条件下であっても、上述したように、移動容積比Rが1より大きくなるようにすることは可能である。 In this embodiment, the number of teeth of each gear is determined so that the rotational speed of the first timing gear 761 is reduced while the rotational speed of the second timing gear 762 is increased. Also, the length L1 of the rotor 721 is longer than the length L2 of the rotor 731 . Even under such special conditions, it is possible to make the volumetric displacement ratio RQ larger than 1 as described above.

[第8実施形態]
次に、図33および図34を参照しながら、本発明の第8実施形態に係る多段ルーツ式ポンプについて詳述する。図33は、本実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの一例としての内装2段ルーツ式ポンプ800(以下、「ポンプ800」と省略して記載する。)の全体構成を示す部分断面図である。図34は、図33のXXXIV-XXXIV線で切断した断面図である。第6実施形態のポンプ600は、1段目(低圧側)のロータ621と2段目(高圧側)のロータ631の長さおよび直径が異なるという例であったが、本実施形態に係るポンプ800は、1段目のロータ821の直径が、2段目のロータ831の直径よりも大きく、かつ、1段目のロータ821の長さが、2段目のロータ831の長さと等しい、という例である。なお、以下では、上述した実施形態と重複する説明を適宜省略する。
[Eighth Embodiment]
Next, a multi-stage roots pump according to an eighth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 33 and 34. FIG. FIG. 33 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of an internal two-stage roots-type pump 800 (hereinafter abbreviated as "pump 800") as an example of a multi-stage roots-type pump according to the present embodiment. 34 is a cross-sectional view taken along line XXXIV-XXXIV of FIG. 33. FIG. The pump 600 of the sixth embodiment is an example in which the first stage (low pressure side) rotor 621 and the second stage (high pressure side) rotor 631 have different lengths and diameters. 800 states that the diameter of the rotor 821 of the first stage is larger than the diameter of the rotor 831 of the second stage, and the length of the rotor 821 of the first stage is equal to the length of the rotor 831 of the second stage. For example. In addition, below, the description which overlaps with embodiment mentioned above is abbreviate|omitted suitably.

(多段ルーツ式ポンプの構成)
図33および図34に示すように、ポンプ800は、回転圧縮機の一種である2段ルーツ式ポンプであり、ケーシング810と、2段(2組)の圧縮要素と、駆動機構とを主に備える。
(Configuration of multistage roots pump)
As shown in FIGS. 33 and 34, the pump 800 is a two-stage roots pump, which is a type of rotary compressor, and mainly includes a casing 810, two stages (two sets) of compression elements, and a drive mechanism. Prepare.

<ケーシング>
ケーシング810の構成および機能は、第6実施形態に係るケーシング610と同様である。
<Casing>
The configuration and function of casing 810 are similar to casing 610 according to the sixth embodiment.

<圧縮要素>
本実施形態の圧縮要素としては、単一のケーシング810内に、吸込口811側に位置する1段目(低圧側)の圧縮要素と、吐出口813側に位置する2段目(高圧側)の圧縮要素の、2段の圧縮要素とが設けられている。2段の圧縮要素間には、直列内装型多段ルーツ式ポンプのように、仕切り板等は設けられておらず、複数の圧縮要素が、一体のケーシング810内に単一の段群として設けられている。各段の圧縮要素は、1対のロータと、当該1対のロータを支持する2本の回転軸と、をそれぞれ独立に有する。具体的には、本実施形態では、1段目の圧縮要素は、1対のロータ821、821と、2本の回転軸822、822とを有する。2段目の圧縮要素は、1対のロータ831、831と、2本の回転軸832、832とを有する。
<Compression element>
As the compression element of this embodiment, a first stage (low pressure side) compression element located on the suction port 811 side and a second stage (high pressure side) compression element located on the discharge port 813 side are provided in the single casing 810. A two-stage compression element is provided. A partition plate or the like is not provided between the two stages of the compression elements unlike the series internal multi-stage roots type pump, and a plurality of compression elements are provided as a single stage group within the integral casing 810. ing. Each stage compression element independently has a pair of rotors and two rotary shafts that support the pair of rotors. Specifically, in this embodiment, the first stage compression element has a pair of rotors 821 and 821 and two rotating shafts 822 and 822 . The second stage compression element has a pair of rotors 831 and 831 and two rotating shafts 832 and 832 .

図34に示すように、ロータ821は、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部821a、821b、821cを有する形状である。また、各突出部821a、821b、821cの間には、凹部821dが設けられている。同様に、ロータ831も、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部831a、831b、831cを有する形状である。また、各突出部831a、831b、831cの間には、凹部831dが設けられている。 As shown in FIG. 34, the rotor 821 is a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped to have three pieces of protrusions 821a, 821b, 821c radially protruding from the center of rotation. A recess 821d is provided between each projection 821a, 821b, 821c. Similarly, the rotor 831 is also a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped with three pieces of projections 831a, 831b, 831c projecting radially from the center of rotation. In addition, recesses 831d are provided between the protrusions 831a, 831b, and 831c.

1対のロータ821、821は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸822、822は、1対のロータ821、821を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸822、822は、2つのベアリング823、823により支持されている。同様に、1対のロータ831、831は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸832、832は、1対のロータ831、831を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸832、832は、2つのベアリング833、833により支持されている。さらに、本実施形態では、回転軸822と回転軸832とが、互いに平行となるように配置される。なお、以下、必要に応じて、ロータ831について、ロータ821と重複する説明を省略し、ロータ821の内容を適宜読み替えるものとする。 The pair of rotors 821, 821 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 822, 822 rotatably support a pair of rotors 821, 821 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 822 , 822 are supported by two bearings 823 , 823 . Similarly, a pair of rotors 831, 831 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 832, 832 rotatably support a pair of rotors 831, 831 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 832 , 832 are supported by two bearings 833 , 833 . Furthermore, in this embodiment, the rotating shaft 822 and the rotating shaft 832 are arranged so as to be parallel to each other. In the following description, the description of the rotor 831 that overlaps with that of the rotor 821 will be omitted as necessary, and the contents of the rotor 821 will be read appropriately.

1対のロータ821、821同士およびロータ821とケーシング810の内面810aとが接触しないように、各々のロータ821、821同士の間および突出部821a、821b、821cの先端(葉端)とケーシング810の内面810aと間には、わずかなすき間ができるように、ロータ821が配置される。このすき間の大きさについては、第1実施形態と同様である。各々のロータ821、821は、後述するタイミングギヤ861、861により回転位相が維持されており、ロータ821の断面形状は、例えば、いわゆるインボリュート曲線となっているため、上記のわずかなすき間、すなわち、シールされた状態を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。同様に、ロータ831は、対となるロータ831およびケーシング810の内面810dとの間にわずかなすき間ができるように配置される。また、1対のロータ831、831は、わずかなすき間を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。ここで、本実施形態では、後述するように、2段目のロータ831相互間およびロータ831とケーシング810との間のすき間の方が、1段目のロータ821相互間およびロータ821とケーシング810との間のすき間よりも狭く設定される。その他、ロータ821、831の構成および機能は、上述した各実施形態に係るロータの構成および機能と同様である。 Between the rotors 821 and 821 and between the tips (leaf ends) of the projections 821a, 821b and 821c and the casing 810, so that the pair of rotors 821 and 821 and the rotor 821 and the inner surface 810a of the casing 810 do not come into contact with each other. A rotor 821 is arranged with a slight gap between the inner surface 810a of the . The size of this gap is the same as in the first embodiment. Rotation phases of the rotors 821, 821 are maintained by timing gears 861, 861, which will be described later, and the cross-sectional shape of the rotor 821 is, for example, a so-called involute curve. They can rotate in opposite directions without touching each other while remaining sealed. Similarly, the rotor 831 is arranged so that a slight gap is formed between the paired rotor 831 and the inner surface 810 d of the casing 810 . Also, the pair of rotors 831, 831 can rotate in opposite directions while maintaining a small gap without coming into contact with each other. Here, in this embodiment, as will be described later, the clearances between the rotors 831 in the second stage and between the rotor 831 and the casing 810 are larger than those between the rotors 821 in the first stage and between the rotor 821 and the casing 810 . is set narrower than the gap between Other configurations and functions of the rotors 821 and 831 are the same as those of the rotors according to the above embodiments.

ポンプ800では、1段目の圧縮要素であるロータ821、回転軸822等と、2段目の圧縮要素であるロータ831、回転軸832等とは、単一のケーシング810内において、同じ段の2本の回転軸822、822(または2本の回転軸832、832)を含む仮想の平面の法線方向に沿って、並列に配置されている。すなわち、1段目のロータ821と2段目のロータ831とは、それぞれ、別の軸に支持されており、かつ、同じ段の2本の回転軸が互いに平行で、かつ、異なる段の2本の回転軸も互いに平行に配置される。換言すると、ガスの吸込口811、1段目のロータ821、2段目のロータ831および吐出口813が、鉛直方向に沿って並んで配置される。したがって、ガスが吸込口811からケーシング810内に導入されると(図34の矢印Gs)、鉛直下方に進み、ロータ821により圧縮された後に、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素の中間に進む(図34の矢印Gm)。ロータ821により圧縮されたガスは、さらに鉛直下方に進み、2段目のロータ831により圧縮された後に、そのまま吐出口813からケーシング810外に排出される(図34の矢印Gd)。 In the pump 800, the rotor 821, the rotating shaft 822, etc., which are the first-stage compression elements, and the rotor 831, the rotating shaft 832, etc., which are the second-stage compression elements are arranged in a single casing 810 at the same stage. They are arranged in parallel along the normal direction of an imaginary plane containing the two rotation axes 822, 822 (or the two rotation axes 832, 832). That is, the rotor 821 in the first stage and the rotor 831 in the second stage are respectively supported by different shafts, and the two rotating shafts of the same stage are parallel to each other, and the two rotors of the different stages are parallel to each other. The axes of rotation of the books are also arranged parallel to each other. In other words, the gas suction port 811, the first-stage rotor 821, the second-stage rotor 831, and the gas discharge port 813 are arranged side by side in the vertical direction. Therefore, when the gas is introduced into the casing 810 from the suction port 811 (arrow Gs in FIG. 34), it travels vertically downward, is compressed by the rotor 821, and then passes through the first stage compression element and the second stage compression element. (arrow Gm in FIG. 34). The gas compressed by the rotor 821 further travels vertically downward, is compressed by the second-stage rotor 831, and is then directly discharged from the discharge port 813 to the outside of the casing 810 (arrow Gd in FIG. 34).

このように、本実施形態に係るポンプ800によれば、単一のケーシング810内において、1段目のロータ821と2段目のロータ831とが別の軸上に並列に配置されている。そのため、直列内装型多段ルーツ式ポンプと異なり、1段目の圧縮要素(ロータ821)と2段目の圧縮要素(ロータ831)との間に仕切りを設けなくても、ロータ821、831の配置自体で、2段の圧縮要素のポンプ作動領域に分けることができる。また、直列内装型多段ルーツ式ポンプの場合には、2段のロータを有する場合、ロータ2つ分以上の回転軸の長さが必要となるが、ポンプ800では、ロータ821とロータ831とが別軸上に並列に配置されているため、ロータの回転軸の長さは、ロータ1つ分程度の長さで足りる。したがって、回転軸822、832やケーシング810の剛性の低下を抑制できる。特に、ポンプ800を大風量化するためにロータ821、831の長さを長くしたとしても剛性が低下したりすることがないため、大風量化が容易となる。さらに、1段目と2段目のポンプ作動領域間で、寸法の精度や位置合わせの精度がそれ程高くなくても、組立上およびポンプ800の性能上支障がない範囲で収まるため、それほど高い加工精度および組立精度は求められない。 Thus, according to the pump 800 according to the present embodiment, the first-stage rotor 821 and the second-stage rotor 831 are arranged in parallel on separate shafts within the single casing 810 . Therefore, unlike the in-line multi-stage roots pump, the rotors 821 and 831 can be arranged without providing a partition between the first-stage compression element (rotor 821) and the second-stage compression element (rotor 831). As such, it can be divided into two stages of compression element pumping regions. In addition, in the case of a series-internal multistage roots-type pump, if it has two stages of rotors, the length of the rotary shaft is required to be equal to or longer than two rotors. Since the rotors are arranged in parallel on different shafts, the length of the rotation shaft of the rotor is sufficient for about one rotor. Therefore, it is possible to suppress a decrease in rigidity of the rotating shafts 822 and 832 and the casing 810 . In particular, even if the length of the rotors 821 and 831 is lengthened in order to increase the air volume of the pump 800, the rigidity does not decrease, so the increase in air volume is facilitated. Furthermore, even if the dimensional accuracy and alignment accuracy between the first and second stage pump operation areas are not so high, they can be accommodated within a range that does not hinder the performance of the pump 800 in terms of assembly and performance. Accuracy and assembly accuracy are not required.

<移動容積比>
本実施形態のポンプ800においても、別の回転軸上に並列に配置された1段目の圧縮要素(ロータ821)と2段目の圧縮要素(ロータ831)との間において、下記式(1)で表される移動容積比Rが1より大きい。
=Qth/Qth ・・・(1)
<Transfer volume ratio>
Also in the pump 800 of this embodiment, between the first-stage compression element (rotor 821) and the second-stage compression element (rotor 831) arranged in parallel on separate rotating shafts, the following formula (1 ) is greater than 1.
RQ = QthL / QthH (1)

ここで、本実施形態における移動容積Qthとは、いわゆる押しのけ量のことであり、回転数Nに比例した、ケーシング810とロータ821またはロータ831とで囲まれた空間の時間当たりの理論容積である。すなわち、上述したように、移動容積Qth(m/min)は、以下の式(2)で表される。
Qth=Vth(m/rev)×N(min-1
=A(m/rev)×L(m)×N(min-1) ・・・(2)
Here, the movement volume Qth in this embodiment is a so-called displacement amount, which is proportional to the rotational speed N and is the theoretical volume per time of the space surrounded by the casing 810 and the rotor 821 or 831. . That is, as described above, the movement volume Qth (m 3 /min) is represented by the following equation (2).
Qth=Vth(m 3 /rev)×N(min −1 )
=A (m 2 /rev) x L (m) x N (min -1 ) (2)

ただし、式(2)において、Vthは、押しのけ容積であり、Aは、1回転当たりの移動面積であり、Lは、ロータの長さであり、Nは、ロータの回転数である。移動面積Aは、押しのけ容積Vtの回転軸822、832に垂直な断面における断面積である。 where, in equation (2), Vth is the displacement, A is the area of movement per revolution, L is the length of the rotor, and N is the number of rotations of the rotor. The area of movement A is the cross-sectional area of the displacement volume Vt in a cross-section perpendicular to the axis of rotation 822, 832.

本実施形態のポンプ800における1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2は、上述した第6実施形態と同様に、下記式(3)で表される。 The displacement volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage in the pump 800 of this embodiment is expressed by the following equation (3), as in the sixth embodiment described above.

Figure 0007179315000016
Figure 0007179315000016

ただし、式(3)において、Qth1は1段目の圧縮要素の移動容積、Qth2は2段目の圧縮要素の移動容積、A1は1段目の圧縮要素の移動面積、A2は2段目の圧縮要素の移動面積、L1は1段目のロータ821の長さ、L2は2段目のロータ831の長さ、N1は1段目のロータ821の回転数、N2は2段目のロータ831の回転数を表す。 However, in formula (3), Qth1 is the movement volume of the first stage compression element, Qth2 is the movement volume of the second stage compression element, A1 is the movement area of the first stage compression element, A2 is the second stage The moving area of the compression element, L1 is the length of the first stage rotor 821, L2 is the length of the second stage rotor 831, N1 is the rotation speed of the first stage rotor 821, and N2 is the second stage rotor 831. represents the number of rotations of

ここで、本実施形態のポンプ800では、ロータ821の直径D1が、ロータ831の直径D2よりも大きい(D1>D2)ため、1段目の移動面積A1は、2段目の移動面積A2より大きい(A1>A2)。また、1段目のロータ821の長さL1は、2段目のロータ831の長さL2と等しい(L1=L2)。一方、1段目のロータ821の回転数N1は、2段目のロータ831の回転数N2よりも低い(N1<N2)。このような場合であっても、移動容積比Rを1以上とすることができれば、第1実施形態とは異なり、2段目(高圧側)のロータ831の回転数を、1段目(低圧側)のロータ821の回転数よりも高くしてもよい。 Here, in the pump 800 of this embodiment, since the diameter D1 of the rotor 821 is larger than the diameter D2 of the rotor 831 (D1>D2), the moving area A1 of the first stage is larger than the moving area A2 of the second stage. Large (A1>A2). Also, the length L1 of the first stage rotor 821 is equal to the length L2 of the second stage rotor 831 (L1=L2). On the other hand, the rotation speed N1 of the first stage rotor 821 is lower than the rotation speed N2 of the second stage rotor 831 (N1<N2). Even in such a case, if the moving volume ratio RQ can be set to 1 or more, unlike the first embodiment, the rotation speed of the rotor 831 of the second stage (high pressure side) can be reduced to that of the rotor 831 of the first stage ( It may be higher than the rotation speed of the rotor 821 on the low pressure side).

以上のように、移動容積比Rが1より大きいと、ポンプ800の駆動軸867の軸動力を低減できる。 As described above, when the displacement volume ratio RQ is greater than 1, the shaft power of the drive shaft 867 of the pump 800 can be reduced.

<駆動機構>
図33に示すように、本実施形態の駆動機構は、1対の第1タイミングギヤ861と、1対の第2タイミングギヤ862と、第1駆動ギヤ865と、第2駆動ギヤ866と、モータ入力軸である単一の駆動軸867と、を備える。
<Drive Mechanism>
As shown in FIG. 33, the drive mechanism of this embodiment includes a pair of first timing gears 861, a pair of second timing gears 862, a first drive gear 865, a second drive gear 866, a motor and a single drive shaft 867 which is the input shaft.

1対の第1タイミングギヤ861、861は、1段目の2本の回転軸822の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ821、821の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。1対の第2タイミングギヤ862、862は、2段目の2本の回転軸832の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ831、831の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。 A pair of first timing gears 861, 861 are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 822 of the first stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 821, 821 match each other. , have the same number of teeth. A pair of second timing gears 862, 862 are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 832 of the second stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 831, 831 match each other. , have the same number of teeth.

また、第1駆動ギヤ865は、1対の第1タイミングギヤ861のうちの一方の第1タイミングギヤ861と噛み合うように設けられており、第2駆動ギヤ866は、1対の第2タイミングギヤ862のうちの一方の第2タイミングギヤ862と噛み合うように設けられている。さらに、駆動軸867は、第1駆動ギヤ865と第2駆動ギヤ866とを回転可能に支持する。すなわち、第1駆動ギヤ865と第2駆動ギヤ866とは、同一の駆動軸に回転可能に支持される。この駆動軸867は、サイドカバー880に設けられたベアリング868と、ベアリング・ギヤ室873に設けられたベアリング868とにより支持されている。また、ベアリング・ギヤ室873に設けられたベアリング868側の駆動軸867の軸端は、モータ(図示せず。)に接続されている。 Also, the first drive gear 865 is provided so as to mesh with one of the pair of first timing gears 861, the first timing gear 861, and the second drive gear 866 is provided so as to mesh with the pair of second timing gears. It is provided so as to mesh with one second timing gear 862 of 862 . Furthermore, the drive shaft 867 rotatably supports the first drive gear 865 and the second drive gear 866 . That is, the first drive gear 865 and the second drive gear 866 are rotatably supported by the same drive shaft. The drive shaft 867 is supported by a bearing 868 provided in the side cover 880 and a bearing 868 provided in the bearing/gear chamber 873 . The shaft end of the drive shaft 867 on the bearing 868 side provided in the bearing/gear chamber 873 is connected to a motor (not shown).

上述したように、本実施形態では、2段目のロータ831の回転数が、1段目のロータ821の回転数より高い。言い換えると、2段目のロータ831の回転速度が、1段目のロータ821の回転速度より速い。そこで、ポンプ800では、2段目のロータ831の回転数が1段目のロータ821の回転数より高くなるように、第1駆動ギヤ865および第2駆動ギヤ866の歯数が設定される。図33には、例えば、駆動軸867の回転速度から回転軸822の回転速度を減速させ、回転軸832の回転速度を増速する例が示されている。図33に示した例では、第1タイミングギヤ861の歯数が、第1駆動ギヤ865の歯数よりも多く、第1駆動ギヤ865の歯数が、第2駆動ギヤ866の歯数よりも少なく、第2タイミングギヤ862の歯数が、第2駆動ギヤ866の歯数よりも少なくなっている。 As described above, in this embodiment, the rotation speed of the rotor 831 in the second stage is higher than the rotation speed of the rotor 821 in the first stage. In other words, the rotation speed of the rotor 831 in the second stage is faster than the rotation speed of the rotor 821 in the first stage. Therefore, in pump 800, the number of teeth of first drive gear 865 and second drive gear 866 is set such that the rotation speed of rotor 831 in the second stage is higher than the rotation speed of rotor 821 in the first stage. FIG. 33 shows an example in which the rotational speed of the rotating shaft 822 is reduced from the rotational speed of the drive shaft 867 and the rotational speed of the rotating shaft 832 is increased. In the example shown in FIG. 33, the number of teeth of the first timing gear 861 is greater than that of the first driving gear 865, and the number of teeth of the first driving gear 865 is greater than that of the second driving gear 866. The number of teeth of the second timing gear 862 is less than the number of teeth of the second drive gear 866 .

<中間吐出口>
本実施形態のポンプ800を真空ポンプとして使用する場合、ケーシング810が、隣接する圧縮要素間、すなわち、1段目(低圧側)の圧縮要素と2段目(高圧側)の圧縮要素との間の中間位置に、ガスを外部に吐出する中間吐出口815をさらに有してもよい。図34に示した例では、中間吐出口815をケーシング810の左側面に1箇所のみ設けた例が示されているが、中間吐出口815の数は特に制限されず、2箇所以上設けてもよい。例えば、図34に示した断面において、ケーシング810の右側面のうち、1段目(低圧側)の圧縮要素と2段目(高圧側)の圧縮要素との間の中間位置に、中間吐出口815が設けられていてもよい。中間吐出口815は、第6実施形態に係る中間吐出口615と実質的に同じ構成および機能を有する。
<Intermediate outlet>
When the pump 800 of this embodiment is used as a vacuum pump, the casing 810 is positioned between adjacent compression elements, that is, between the first stage (low pressure side) compression element and the second stage (high pressure side) compression element. An intermediate discharge port 815 for discharging gas to the outside may be further provided at an intermediate position of . The example shown in FIG. 34 shows an example in which only one intermediate outlet 815 is provided on the left side surface of the casing 810, but the number of intermediate outlets 815 is not particularly limited, and two or more outlets may be provided. good. For example, in the cross section shown in FIG. 34, on the right side of the casing 810, an intermediate discharge port is provided at an intermediate position between the first stage (low pressure side) compression element and the second stage (high pressure side) compression element. 815 may be provided. The intermediate outlet 815 has substantially the same configuration and function as the intermediate outlet 615 according to the sixth embodiment.

<第2冷却ガス導入口>
本実施形態のポンプ800では、ケーシング810が、最後段(本実施形態では2段目)の圧縮要素にガスが吸い込まれる吸込位置(上記の中間位置)と吐出口813との間に、ケーシング810の内部に冷却ガスCを導入する逆流冷却ガス導入口817(以下、単に「冷却ガス導入口817」と記載する。)をさらに有する。この冷却ガス導入口817は、本実施形態に係る第2冷却ガス導入口の一例である。冷却ガス導入口817は、第1実施形態に係る冷却ガス導入口117と実質的に同じ構成および機能を有する。
<Second cooling gas inlet>
In the pump 800 of the present embodiment, the casing 810 is positioned between the suction position (above intermediate position) where gas is sucked into the last stage (second stage in this embodiment) compression element and the discharge port 813. It further has a backflow cooling gas inlet 817 (hereinafter simply referred to as "cooling gas inlet 817") for introducing the cooling gas C into the interior of the . This cooling gas introduction port 817 is an example of a second cooling gas introduction port according to this embodiment. The cooling gas inlet 817 has substantially the same configuration and function as the cooling gas inlet 117 according to the first embodiment.

<その他の構成>
その他、本実施形態のポンプ800は、ケーシング810とベアリング・ギヤ室873との間、および、ケーシング810とベアリング室874との間に、中間室として、サイドカバー880を有している。このサイドカバー880は、第1実施形態に係るサイドカバー180と実質的に同じ構成および機能を有する。
<Other configurations>
In addition, the pump 800 of this embodiment has side covers 880 as intermediate chambers between the casing 810 and the bearing/gear chamber 873 and between the casing 810 and the bearing chamber 874 . This side cover 880 has substantially the same configuration and function as the side cover 180 according to the first embodiment.

<ガスの漏れ量>
2段目の圧縮要素におけるガスの漏れ量QLに関しては、基本的に、上述した第6実施形態と同様であるが、以下の点で相違する。すなわち、本実施形態では、ロータ831の長さL2は、ロータ821の長さL1と等しいため、2段目の圧縮要素におけるロータ831のロータサイドのすき間CsA2、CsB2の減少効果が第6実施形態よりも小さい。そのため、2段目の圧縮要素における漏れ面積As2の減少効果が第6実施形態よりも小さい。しかしながら、ロータ831とケーシング810との間のすき間Cr2と、ロータ731相互間のすき間Cx2の減少効果は第6実施形態と同等にできるため、2段目の圧縮要素における全漏れ面積AL2の減少効果は、本実施形態においても十分に得られる。その結果、2段目の圧縮要素における吐出側から吸込側へのガスの漏れ量QLが減少する。ただし、全漏れ面積AL2の減少効果をさらに高めるためには、上述した第6実施形態のように、ロータ831の長さL2をロータ821の長さL1よりも短くすることが好ましい。
<Amount of gas leakage>
The gas leakage amount QL in the second-stage compression element is basically the same as in the above-described sixth embodiment, but differs in the following points. That is, in this embodiment, since the length L2 of the rotor 831 is equal to the length L1 of the rotor 821, the effect of reducing the rotor-side gaps CsA2 and CsB2 of the rotor 831 in the second-stage compression element is the same as in the sixth embodiment. less than Therefore, the effect of reducing the leakage area As2 in the second-stage compression element is smaller than in the sixth embodiment. However, since the effect of reducing the clearance Cr2 between the rotor 831 and the casing 810 and the clearance Cx2 between the rotors 731 can be the same as in the sixth embodiment, the effect of reducing the total leakage area AL2 in the second stage compression element is sufficiently obtained in this embodiment as well. As a result, the leakage amount QL of gas from the discharge side to the suction side in the second stage compression element is reduced. However, in order to further enhance the effect of reducing the total leak area AL2, it is preferable to make the length L2 of the rotor 831 shorter than the length L1 of the rotor 821 as in the sixth embodiment described above.

(多段ルーツ式ポンプの動作)
続いて、上述した構成を有するポンプ800の駆動方法を述べる。なお、ポンプ800によるガスの圧縮方法およびガスの冷却方法は、上述した第1実施形態のポンプ100と同様である。
(Operation of multistage roots pump)
Next, a method of driving the pump 800 having the configuration described above will be described. The gas compression method and gas cooling method by the pump 800 are the same as those of the pump 100 of the first embodiment described above.

<ポンプの駆動方法>
図33に示すように、図示しないモータにより駆動軸867が回転すると、駆動軸867に支持された第1駆動ギヤ865および第2駆動ギヤ866が同じ方向に回転駆動する。次いで、1対の第1タイミングギヤ861、861のうち、第1駆動ギヤ865と噛み合う一方の第1タイミングギヤ861が、第1駆動ギヤ865とは反対方向に回転する。このときの一方の第1タイミングギヤ861の回転数は、第1駆動ギヤ865の回転数から、第1駆動ギヤ865の歯数と一方の第1タイミングギヤ861の歯数との比から算出される減速比(一方の第1タイミングギヤ861の歯数/第1駆動ギヤ865の歯数)で減速された回転数となる。また、一方の第1タイミングギヤ861と噛み合う他方の第1タイミングギヤ861は、一方の第1タイミングギヤ861の歯数と同じ歯数であるため、一方の第1タイミングギヤ861と反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ821、821は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ821、821の回転により、吸込口811付近のガスが、吸込口811からケーシング810内に吸い込まれた(図34の矢印Gs)後に、ロータ821により圧縮されて中間位置に吐き出される(図34の矢印Gm)。
<Pump driving method>
As shown in FIG. 33, when the drive shaft 867 is rotated by a motor (not shown), the first drive gear 865 and the second drive gear 866 supported by the drive shaft 867 are rotated in the same direction. Next, of the pair of first timing gears 861 , 861 , one of the first timing gears 861 meshing with the first driving gear 865 rotates in the opposite direction to the first driving gear 865 . The rotation speed of one of the first timing gears 861 at this time is calculated from the rotation speed of the first drive gear 865 and the ratio between the number of teeth of the first drive gear 865 and the number of teeth of the first timing gear 861. (Number of teeth of one first timing gear 861/number of teeth of first drive gear 865). In addition, since the other first timing gear 861 that meshes with the one first timing gear 861 has the same number of teeth as the one first timing gear 861, it has the same number of teeth in the opposite direction as the one first timing gear 861. Rotate at rpm. As a result, the pair of rotors 821, 821 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 821, 821, the gas near the suction port 811 is sucked into the casing 810 through the suction port 811 (arrow Gs in FIG. 34), then compressed by the rotor 821 and discharged to the intermediate position. (arrow Gm in FIG. 34).

同様に、1対の第2タイミングギヤ862、862のうち、第2駆動ギヤ866と噛み合う一方の第2タイミングギヤ862が、第2駆動ギヤ866とは反対方向に回転する。このときの一方の第2タイミングギヤ862の回転数は、第2駆動ギヤ866の回転数から、第2駆動ギヤ866の歯数と一方の第2タイミングギヤ862の歯数との比から算出される変速比(一方の第2タイミングギヤ862の歯数/第2駆動ギヤ866の歯数)で増速された回転数となる。また、一方の第2タイミングギヤ862と噛み合う他方の第2タイミングギヤ862は、一方の第2タイミングギヤ862の歯数と同じ歯数であるため、一方の第2タイミングギヤ862と互いに反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ831、831は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ831、831の回転により、1段目のロータ821により圧縮されて中間位置に吐き出されたガスが、中間位置から2段目のロータ831に掻き込まれた(図34の矢印Gm)後に、ロータ831により圧縮されて吐出口813から外部に排出される(図34の矢印Gd)。 Similarly, of the pair of second timing gears 862 , 862 , one of the second timing gears 862 meshing with the second drive gear 866 rotates in the opposite direction to the second drive gear 866 . The rotation speed of one of the second timing gears 862 at this time is calculated from the rotation speed of the second drive gear 866 and the ratio of the number of teeth of the second drive gear 866 to the number of teeth of the one second timing gear 862. The number of revolutions is increased by the gear ratio (the number of teeth of one of the second timing gears 862/the number of teeth of the second drive gear 866). In addition, since the other second timing gear 862 meshing with the one second timing gear 862 has the same number of teeth as the one second timing gear 862, the second timing gear 862 and the one second timing gear 862 are engaged in opposite directions. rotate at the same speed. As a result, the pair of rotors 831, 831 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 831, 831, the gas compressed by the first-stage rotor 821 and discharged to the intermediate position is swept into the second-stage rotor 831 from the intermediate position (arrow in FIG. 34). Gm), it is then compressed by the rotor 831 and discharged to the outside from the discharge port 813 (arrow Gd in FIG. 34).

また、本実施形態では、1段目と2段目の間の中間位置の圧力(中間圧力)Pmが大気圧以上の場合には、圧力差によりガスが中間吐出口815から、より圧力の低い大気に排出され(図34の矢印Ge)、中間圧力Pmが大気圧以下まで下がる。したがって、2段目の圧縮要素(ロータ831)への吸込圧力が小さくなるため、2段目の吸込圧力Ps2と吸込口811から吸い込まれるガスの圧力(1段目の吸込圧力Ps1)との差ΔP1を小さくすることができる。その結果、ポンプ800を作動するモータの動力を低減できる。特に、ポンプ800が吸込口811に向けてガスを引き始めた段階では、中間圧力Pmが大気圧以上になりやすいため、ガスの引き始めの段階において、特に、モータの動力低減効果が高い。 Further, in this embodiment, when the pressure (intermediate pressure) Pm at the intermediate position between the first stage and the second stage is equal to or higher than the atmospheric pressure, the pressure difference causes the gas to flow out of the intermediate discharge port 815 at a lower pressure. It is discharged to the atmosphere (arrow Ge in FIG. 34), and the intermediate pressure Pm drops below the atmospheric pressure. Therefore, since the suction pressure to the second-stage compression element (rotor 831) becomes smaller, the difference between the second-stage suction pressure Ps2 and the pressure of the gas sucked from the suction port 811 (first-stage suction pressure Ps1) ΔP1 can be reduced. As a result, the power of the motor that operates the pump 800 can be reduced. In particular, when the pump 800 starts to draw gas toward the suction port 811, the intermediate pressure Pm tends to be higher than the atmospheric pressure.

本実施形態では、第1タイミングギヤ861の回転速度が減速される一方で、第2タイミングギヤ862の回転速度が増速されるように、各ギヤの歯数が決められている。また、ロータ821の直径D1がロータ831の直径D2よりも大きい。このような特殊な条件下であっても、上述したように、移動容積比Rが1より大きくなるようにすることは可能である。 In this embodiment, the number of teeth of each gear is determined so that the rotational speed of the first timing gear 861 is reduced while the rotational speed of the second timing gear 862 is increased. Also, the diameter D1 of the rotor 821 is larger than the diameter D2 of the rotor 831 . Even under such special conditions, it is possible to make the volumetric displacement ratio RQ larger than 1 as described above.

[第9実施形態]
次に、図35~図38を参照しながら、本発明の第9実施形態に係る多段ルーツ式ポンプについて詳述する。図35は、本実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの一例としての内装2段ルーツ式ポンプ900(以下、「ポンプ900」と省略して記載する。)の全体構成を示す部分断面図である。図36、図37および図38は、それぞれ、図35のXXXVI-XXXVI線、XXXVII-XXXVII線およびXXXVIII-XXXVIII線で切断した断面図である。上述した第6~第8実施形態のポンプ600、700、800は、2段の圧縮要素を有する2段ルーツ式ポンプの例であったが、本実施形態に係るポンプ900は、3段の圧縮要素を有する3段ルーツ式ポンプの例である。ここで、1段目(最も低圧側)の圧縮要素と2段目(中間)の圧縮要素との関係および2段目(中間)の圧縮要素と3段目(最も高圧側)の圧縮要素との関係はともに、第6実施形態に係るポンプ600の1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素の関係と同様である。なお、以下では、上述した実施形態と重複する説明を適宜省略する。
[Ninth Embodiment]
Next, a multi-stage roots pump according to a ninth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 35 to 38. FIG. FIG. 35 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of an internal two-stage roots-type pump 900 (hereinafter abbreviated as “pump 900”) as an example of a multi-stage roots-type pump according to the present embodiment. 36, 37 and 38 are cross-sectional views taken along lines XXXVI-XXXVI, XXXVII-XXXVII and XXXVIII-XXXVIII of FIG. 35, respectively. The pumps 600, 700, and 800 of the sixth to eighth embodiments described above are examples of two-stage roots-type pumps having two-stage compression elements. 3 is an example of a three-stage roots-type pump with elements. Here, the relationship between the first stage (lowest pressure side) compression element and the second stage (middle) compression element and the second stage (middle) compression element and the third stage (most high pressure side) compression element are the same as those between the first stage compression element and the second stage compression element of the pump 600 according to the sixth embodiment. In addition, below, the description which overlaps with embodiment mentioned above is abbreviate|omitted suitably.

(多段ルーツ式ポンプの構成)
図35~図38に示すように、ポンプ900は、回転圧縮機の一種である3段ルーツ式ポンプであり、ケーシング910と、3段(3組)の圧縮要素と、駆動機構とを主に備える。
(Configuration of multistage roots pump)
As shown in FIGS. 35 to 38, the pump 900 is a three-stage roots pump, which is a type of rotary compressor, and mainly includes a casing 910, three stages (three sets) of compression elements, and a drive mechanism. Prepare.

<ケーシング>
ケーシング910の構成および機能は、第6実施形態に係るケーシング610と同様である。
<Casing>
The configuration and function of casing 910 are the same as those of casing 610 according to the sixth embodiment.

ここで、ケーシング910は、同じ段の圧縮要素が有する2本の回転軸922、922を含む仮想平面、2本の回転軸932、932を含む仮想平面、または、2本の回転軸942、942を含む仮想平面の法線方向に沿って、3段の圧縮要素が並列配置されるように圧縮要素を収容する。このように、本実施形態では、回転軸922、932、942の軸方向に対して並列に配置された複数段の圧縮要素が単一のケーシング910に内装されており、各圧縮要素を接続する外部の配管や内部のガス流路などは特に設けられていない。そのため、1段目の圧縮要素で圧縮されて吐き出されたガスは、2段目の圧縮要素に直接(そのまま)吸い込まれて圧縮された後に吐き出され、さらに、3段目の圧縮要素に直接(そのまま)吸い込まれる。したがって、3段ルーツ式ポンプの各圧縮要素により圧縮されたガスの温度上昇は、2段ルーツ式ポンプの場合と比べ、ガスの温度上昇の問題はさらに深刻となる。そこで、本実施形態では、詳しくは後述するように、1段目と2段目の間の中間位置に存在するガスの冷却だけでなく、2段目と3段目の間の中間位置に存在するガスの冷却も実施される。 Here, the casing 910 is a virtual plane including two rotating shafts 922 and 922 of the compression element of the same stage, a virtual plane including two rotating shafts 932 and 932, or two rotating shafts 942 and 942. Compression elements are accommodated so that three stages of compression elements are arranged in parallel along the normal direction of a virtual plane including . Thus, in this embodiment, multiple stages of compression elements arranged in parallel with respect to the axial direction of the rotating shafts 922, 932, and 942 are housed in a single casing 910, and the compression elements are connected. No external piping or internal gas passages are provided. Therefore, the gas compressed and discharged by the first-stage compression element is directly sucked (as it is) into the second-stage compression element, compressed and then discharged, and further directly ( as it is) sucked in. Therefore, the temperature rise of the gas compressed by each compression element of the three-stage roots type pump is more serious than that of the two-stage roots type pump. Therefore, in this embodiment, as will be described later in detail, not only the cooling of the gas existing in the intermediate position between the first and second stages but also the cooling of the gas existing in the intermediate position between the second and third stages is performed. Cooling of the gas is also performed.

<圧縮要素>
本実施形態の圧縮要素としては、単一のケーシング910内に、吸込口911側に位置する1段目(低圧側)の圧縮要素と、吐出口913側に位置する3段目(高圧側)の圧縮要素と、1段目と3段目の間に配置される2段目(中間)の圧縮要素の、3段の圧縮要素とが設けられている。3段の圧縮要素間には、仕切り板等は設けられておらず、複数の圧縮要素が、一体のケーシング910内に単一の段群として設けられている。各段の圧縮要素は、1対のロータと、当該1対のロータを支持する2本の回転軸と、をそれぞれ独立に有する。具体的には、本実施形態では、1段目の圧縮要素は、1対のロータ921、921と、2本の回転軸922、922とを有する。2段目の圧縮要素は、1対のロータ931、931と、2本の回転軸932、932とを有する。3段目の圧縮要素は、1対のロータ941、941と、2本の回転軸942、942とを有する。
<Compression element>
As the compression elements of this embodiment, a first stage (low pressure side) compression element located on the suction port 911 side and a third stage (high pressure side) compression element located on the discharge port 913 side are provided in the single casing 910. and a second-stage (intermediate) compression element disposed between the first-stage and third-stage compression elements. No partition plate or the like is provided between the three stages of compression elements, and a plurality of compression elements are provided as a single stage group within the integral casing 910 . Each stage compression element independently has a pair of rotors and two rotary shafts that support the pair of rotors. Specifically, in this embodiment, the first-stage compression element has a pair of rotors 921 and 921 and two rotating shafts 922 and 922 . The second stage compression element has a pair of rotors 931 and 931 and two rotating shafts 932 and 932 . The third stage compression element has a pair of rotors 941 and 941 and two rotating shafts 942 and 942 .

図36に示すように、ロータ921は、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部921a、921b、921cを有する形状である。また、各突出部921a、921b、921cの間には、凹部921dが設けられている。同様に、ロータ931も、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部931a、931b、931cを有する形状である。また、各突出部931a、931b、931cの間には、凹部931dが設けられている。同様に、ロータ941も、三葉ロータであり、そのロータプロフィルは、回転中心から径方向に突出した3片の突出部941a、941b、941cを有する形状である。また、各突出部941a、941b、941cの間には、凹部941dが設けられている。 As shown in FIG. 36, the rotor 921 is a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped to have three pieces of projections 921a, 921b, 921c projecting radially from the center of rotation. In addition, recesses 921d are provided between the protrusions 921a, 921b, and 921c. Similarly, the rotor 931 is also a three-lobed rotor, and its rotor profile is shaped with three pieces of projections 931a, 931b, 931c projecting radially from the center of rotation. In addition, recesses 931d are provided between the projections 931a, 931b, and 931c. Similarly, the rotor 941 is also a three-lobe rotor, and its rotor profile is shaped with three pieces of projections 941a, 941b, 941c projecting radially from the center of rotation. In addition, recesses 941d are provided between the protrusions 941a, 941b, and 941c.

1対のロータ921、921は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸922、922は、1対のロータ921、921を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸922、922は、2つのベアリング923、923により支持されている。同様に、1対のロータ931、931は、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸932、932は、1対のロータ931、931を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸932、932は、2つのベアリング933、933により支持されている。同様に、1対のロータ941、941も、それぞれ、互いに反対方向に回転可能に設けられている。2本の回転軸942、942は、1対のロータ941、941を回転可能に支持しており、互いに平行に配置されている。また、2本の回転軸942、942は、2つのベアリング943、943により支持されている。さらに、本実施形態では、回転軸922と回転軸932と回転軸942とが、互いに平行となるように配置される。なお、以下、必要に応じて、ロータ931、941について、ロータ921と重複する説明を省略し、ロータ921の内容を適宜読み替えるものとする。 A pair of rotors 921, 921 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 922, 922 rotatably support a pair of rotors 921, 921 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 922 , 922 are supported by two bearings 923 , 923 . Similarly, a pair of rotors 931, 931 are provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 932, 932 rotatably support a pair of rotors 931, 931 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 932 and 932 are supported by two bearings 933 and 933 . Similarly, a pair of rotors 941, 941 are also provided rotatably in directions opposite to each other. The two rotating shafts 942, 942 rotatably support a pair of rotors 941, 941 and are arranged parallel to each other. Also, the two rotating shafts 942 and 942 are supported by two bearings 943 and 943 . Furthermore, in this embodiment, the rotating shaft 922, the rotating shaft 932, and the rotating shaft 942 are arranged so as to be parallel to each other. It should be noted that, hereinafter, regarding the rotors 931 and 941, the description that overlaps with the rotor 921 will be omitted as necessary, and the contents of the rotor 921 will be read appropriately.

1対のロータ921、921同士およびロータ921とケーシング910の内面910aとが接触しないように、各々のロータ921、921同士の間および突出部921a、921b、921cの先端(葉端)とケーシング910の内面910aと間には、わずかなすき間ができるように、ロータ921が配置される。このすき間の大きさについては、第1実施形態と同様である。各々のロータ921、921は、後述するタイミングギヤ961A、961Bにより回転位相が維持されており、ロータ921の断面形状は、例えば、いわゆるインボリュート曲線となっているため、上記のわずかなすき間、すなわち、シールされた状態を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。同様に、ロータ931は、対となるロータ931およびケーシング910の内面910dとの間にわずかなすき間ができるように配置される。また、1対のロータ931、931は、わずかなすき間を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。同様に、ロータ941は、対となるロータ941およびケーシング910の内面910gとの間にわずかなすき間ができるように配置される。また、1対のロータ941、941は、わずかなすき間を保ちながら、互いに接触することなく反対方向に回転できる。その他、ロータ921、931、941の構成および機能は、上述した各実施形態に係るロータの構成および機能と同様である。 Between the rotors 921 and 921 and the tips (leaf ends) of the protrusions 921a, 921b, and 921c and the casing 910 are arranged so that the pair of rotors 921 and 921 and the rotor 921 and the inner surface 910a of the casing 910 do not come into contact with each other. A rotor 921 is arranged with a slight gap between the inner surface 910a of the . The size of this gap is the same as in the first embodiment. Rotation phases of the rotors 921 and 921 are maintained by timing gears 961A and 961B, which will be described later, and the cross-sectional shape of the rotor 921 is, for example, a so-called involute curve. They can rotate in opposite directions without touching each other while remaining sealed. Similarly, the rotor 931 is arranged so that a slight gap is formed between the paired rotor 931 and the inner surface 910 d of the casing 910 . Also, the pair of rotors 931, 931 can rotate in opposite directions while maintaining a small gap without contacting each other. Similarly, the rotor 941 is arranged so that a slight gap is formed between the paired rotor 941 and the inner surface 910 g of the casing 910 . Also, the pair of rotors 941, 941 can rotate in opposite directions while keeping a small gap without contacting each other. Other configurations and functions of the rotors 921, 931, and 941 are the same as those of the rotors according to the above-described embodiments.

ポンプ900では、1段目の圧縮要素であるロータ921、回転軸922等と、2段目の圧縮要素であるロータ931、回転軸932等と、3段目の圧縮要素であるロータ941、回転軸942等と、は、単一のケーシング910内において、同じ段の2本の回転軸922、922(または2本の回転軸932、932、または2本の回転軸942、942)を含む仮想の平面の法線方向に沿って、並列に配置されている。すなわち、1段目のロータ921と2段目のロータ931と3段目のロータ941とは、それぞれ、別の軸に支持されており、かつ、同じ段の2本の回転軸が互いに平行で、かつ、異なる段の2本の回転軸も互いに平行に配置される。換言すると、ガスの吸込口911、1段目のロータ921、2段目のロータ931、3段目のロータ941および吐出口913が、鉛直方向に沿って並んで配置される。したがって、ガスが吸込口911からケーシング910内に導入されると(図36の矢印Gs)、鉛直下方に進み、ロータ921により圧縮された後に、1段目の圧縮要素と2段目の圧縮要素の中間に進む(図36の矢印Gm1)。ロータ921により圧縮されたガスは、さらに鉛直下方に進み、2段目のロータ931により圧縮された後に、2段目の圧縮要素と3段目の圧縮要素の中間に進む(図36の矢印Gm2)。ロータ931により圧縮されたガスは、さらに鉛直下方に進み、3段目のロータ941により圧縮された後に、そのまま吐出口913からケーシング910外に排出される(図36の矢印Gd)。 In the pump 900, a rotor 921, a rotating shaft 922, etc., which are first-stage compression elements, a rotor 931, a rotating shaft 932, etc., which are second-stage compression elements, a rotor 941, which is a third-stage compression element, and a rotation Axes 942, etc. are virtual shafts that include two rotary shafts 922, 922 (or two rotary shafts 932, 932, or two rotary shafts 942, 942) of the same stage in a single casing 910. are arranged in parallel along the normal direction of the plane of That is, the rotor 921 of the first stage, the rotor 931 of the second stage, and the rotor 941 of the third stage are each supported by different shafts, and the two rotation shafts of the same stage are parallel to each other. and the two rotating shafts of different stages are also arranged parallel to each other. In other words, the gas suction port 911, the first stage rotor 921, the second stage rotor 931, the third stage rotor 941, and the gas discharge port 913 are arranged side by side along the vertical direction. Therefore, when gas is introduced into the casing 910 from the suction port 911 (arrow Gs in FIG. 36), it travels vertically downward, is compressed by the rotor 921, and then passes through the first stage compression element and the second stage compression element. (arrow Gm1 in FIG. 36). The gas compressed by the rotor 921 further travels vertically downward, and after being compressed by the second-stage rotor 931, travels between the second-stage compression element and the third-stage compression element (arrow Gm2 in FIG. 36). ). The gas compressed by the rotor 931 further travels vertically downward, is compressed by the third-stage rotor 941, and is then discharged from the discharge port 913 to the outside of the casing 910 (arrow Gd in FIG. 36).

このように、本実施形態に係るポンプ900によれば、単一のケーシング910内において、1段目のロータ921と2段目のロータ931と3段目のロータ941とが別の軸上に並列に配置されている。そのため、1段目の圧縮要素(ロータ921)と2段目の圧縮要素(ロータ931)との間、および、2段目の圧縮要素(ロータ931)と3段目の圧縮要素(ロータ941)との間に仕切りを設けなくても、ロータ921、931、941の配置自体で、3段の圧縮要素のポンプ作動領域に分けることができる。また、直列内装型多段ルーツ式ポンプの場合には、3段のロータを有する場合、ロータ3つ分以上の回転軸の長さが必要となるが、ポンプ900では、ロータ921とロータ931とロータ941とが別軸上に並列に配置されているため、ロータの回転軸の長さは、ロータ1つ分程度の長さで足りる。したがって、回転軸922、932、942やケーシング910の剛性の低下を抑制できる。特に、ポンプ900を大風量化するためにロータ921、931、941の長さを長くしたとしても剛性が低下したりすることがないため、大風量化が容易となる。さらに、1段目と2段目と3段目のポンプ作動領域間で、寸法の精度や位置合わせの精度がそれ程高くなくても、組立上およびポンプ900の性能上支障がない範囲で収まるため、それほど高い加工精度および組立精度は求められない。ここで、3段以上の圧縮要素を有する多段ルーツ式ポンプでは、回転軸およびケーシングの剛性低下、大風量化の困難性、高い加工精度および組立精度の必要性などの問題が、2段ルーツ式ポンプの場合よりもさらに深刻なものとなる。このような場合に、本実施形態に係るポンプ900によれば、上記の問題が全て解決されるため、複数の圧縮要素を別の軸上に並列配置するメリットが大きい。 Thus, according to the pump 900 according to the present embodiment, the rotor 921 of the first stage, the rotor 931 of the second stage, and the rotor 941 of the third stage are arranged on different axes in the single casing 910. arranged in parallel. Therefore, between the first-stage compression element (rotor 921) and the second-stage compression element (rotor 931), and between the second-stage compression element (rotor 931) and the third-stage compression element (rotor 941) The arrangement of the rotors 921, 931, and 941 itself can divide the pump operation regions of the three-stage compression elements without providing a partition between them. In addition, in the case of a series-internal multistage roots-type pump, if it has three stages of rotors, the length of the rotating shaft of three rotors or more is required. 941 are arranged in parallel on different shafts, the length of the rotation shaft of the rotor is sufficient for about one rotor. Therefore, a decrease in rigidity of the rotating shafts 922, 932, 942 and the casing 910 can be suppressed. In particular, even if the lengths of the rotors 921, 931, and 941 are lengthened in order to increase the air volume of the pump 900, there is no reduction in rigidity, which facilitates increasing the air volume. Furthermore, even if the dimensional accuracy and alignment accuracy are not so high between the first, second, and third pump operating regions, they are within a range that does not hinder assembly and the performance of the pump 900 . , so high machining accuracy and assembly accuracy are not required. Here, multi-stage roots type pumps having three or more stages of compression elements have problems such as reduced rigidity of the rotating shaft and casing, difficulty in increasing air volume, and the need for high machining and assembly accuracy. It becomes even more serious than in the case of pumps. In such a case, according to the pump 900 according to the present embodiment, all the above problems are solved, so there is a great merit in arranging a plurality of compression elements in parallel on separate shafts.

<移動容積比>
本実施形態のポンプ900では、別の回転軸上に並列に配置された1段目の圧縮要素(ロータ921)と2段目の圧縮要素(ロータ931)との間において、下記式(1)で表される移動容積比Rが1より大きい。
=Qth/Qth ・・・(1)
<Transfer volume ratio>
In the pump 900 of the present embodiment, between the first-stage compression element (rotor 921) and the second-stage compression element (rotor 931) arranged in parallel on separate rotating shafts, the following formula (1) is greater than 1;
RQ = QthL / QthH (1)

ここで、本実施形態における移動容積Qthとは、いわゆる押しのけ量のことであり、回転数Nに比例した、ケーシング910とロータ921、ロータ931またはロータ941とで囲まれた空間の時間当たりの理論容積である。すなわち、移動容積Qth(m/min)は、以下の式(2)で表される。
Qth=Vth(m/rev)×N(min-1
=A(m/rev)×L(m)×N(min-1) ・・・(2)
Here, the movement volume Qth in the present embodiment is a so-called displacement amount, which is proportional to the rotation speed N, and the theoretical amount per hour of the space surrounded by the casing 910 and the rotor 921, the rotor 931, or the rotor 941. Volume. That is, the movement volume Qth (m 3 /min) is represented by the following formula (2).
Qth=Vth(m 3 /rev)×N(min −1 )
=A (m 2 /rev) x L (m) x N (min -1 ) (2)

ただし、式(2)において、Vthは、押しのけ容積であり、Nは、ロータの回転数であり、Aは、1回転当たりの移動面積であり、Lは、ロータの長さである。移動面積Aは、押しのけ容積Vtの回転軸922、932、942に垂直な断面における断面積である。 where, in equation (2), Vth is the displacement, N is the number of rotations of the rotor, A is the moving area per revolution, and L is the length of the rotor. The area of movement A is the cross-sectional area of the displacement volume Vt in a cross-section perpendicular to the axis of rotation 922, 932, 942.

本実施形態のポンプ900における1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2は、第4実施形態等と同様に、下記式(3)で表される。 The displacement volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage in the pump 900 of the present embodiment is expressed by the following formula (3), as in the fourth embodiment.

Figure 0007179315000017
Figure 0007179315000017

ただし、式(3)において、Qth1は1段目の圧縮要素の移動容積、Qth2は2段目の圧縮要素の移動容積、A1は1段目の圧縮要素の移動面積、A2は2段目の圧縮要素の移動面積、L1は1段目のロータ921の長さ、L2は2段目のロータ931の長さ、N1は1段目のロータ921の回転数、N2は2段目のロータ931の回転数を表す。 However, in formula (3), Qth1 is the movement volume of the first stage compression element, Qth2 is the movement volume of the second stage compression element, A1 is the movement area of the first stage compression element, A2 is the second stage The moving area of the compression element, L1 is the length of the first stage rotor 921, L2 is the length of the second stage rotor 931, N1 is the rotation speed of the first stage rotor 921, and N2 is the second stage rotor 931. represents the number of rotations of

ここで、本実施形態のポンプ900では、ロータ921の直径D1は、ロータ931の直径D2よりも大きい(D1>D2)。したがって、1段目の移動面積A1は、2段目の移動面積A2よりも大きくなる(A1>A2)。また、1段目のロータ921の長さL1が、2段目のロータ931の長さL2よりも長い(L1>L2)。一方、1段目のロータ921の回転数N1は、2段目のロータ931の回転数N2よりも低い(N1<N2)。このような場合であっても、移動容積比Rを1以上とすることができれば、第4実施形態等とは異なり、2段目(高圧側)のロータ931の回転数を、1段目(低圧側)のロータ921の回転数よりも高くしてもよい。 Here, in the pump 900 of this embodiment, the diameter D1 of the rotor 921 is larger than the diameter D2 of the rotor 931 (D1>D2). Therefore, the moving area A1 of the first stage is larger than the moving area A2 of the second stage (A1>A2). Also, the length L1 of the rotor 921 of the first stage is longer than the length L2 of the rotor 931 of the second stage (L1>L2). On the other hand, the rotation speed N1 of the first stage rotor 921 is lower than the rotation speed N2 of the second stage rotor 931 (N1<N2). Even in such a case, if the moving volume ratio RQ can be set to 1 or more, unlike the fourth embodiment and the like, the rotation speed of the rotor 931 of the second stage (high pressure side) can be reduced to that of the first stage. It may be higher than the rotation speed of the rotor 921 (low pressure side).

また、ポンプ900では、別の回転軸上に並列に配置された2段目の圧縮要素(ロータ931)と3段目の圧縮要素(ロータ941)との間においても、上記式(1)で表される移動容積比Rが1より大きい。 Further, in the pump 900, between the second-stage compression element (rotor 931) and the third-stage compression element (rotor 941) arranged in parallel on separate rotating shafts, the above equation (1) The represented transfer volume ratio RQ is greater than one.

ただし、2段目と3段目の間の移動容積比RQ2-3を求める場合、式(1)において、Qthは、2段目の圧縮要素と3段目の圧縮要素のうち低圧側の圧縮要素(本実施形態では2段目の圧縮要素)の移動容積であり、Qthは、高圧側の圧縮要素(本実施形態では3段目の圧縮要素)の移動容積である。 However, when obtaining the movement volume ratio R Q2-3 between the second stage and the third stage, Qth L in the equation (1) is the low pressure side of the second stage compression element and the third stage compression element. and Qth H is the displacement of the high-pressure side compression element (the third-stage compression element in the present embodiment).

上述したように、移動容積Qth(m/min)は、上記式(2)で表される。したがって、本実施形態のポンプ900における2段目と3段目の間の移動容積比RQ2-3は、第4実施形態等と同様に、下記式(5)で表される。 As described above, the movement volume Qth (m 3 /min) is represented by the above formula (2). Therefore, the displacement volume ratio R Q2-3 between the second stage and the third stage in the pump 900 of this embodiment is expressed by the following equation (5), as in the fourth embodiment.

Figure 0007179315000018
Figure 0007179315000018

ただし、式(5)において、Qth2は2段目の圧縮要素の移動容積、Qth3は3段目の圧縮要素の移動容積、N2は2段目のロータ931の回転数、N3は3段目のロータ941の回転数を表す。 However, in equation (5), Qth2 is the movement volume of the second-stage compression element, Qth3 is the movement volume of the third-stage compression element, N2 is the rotation speed of the second-stage rotor 931, and N3 is the third-stage It represents the rotation speed of the rotor 941 .

ここで、本実施形態のポンプ900では、ロータ931の直径D2は、ロータ941の直径D3よりも大きい(D2>D3)。したがって、2段目の移動面積A2は、3段目の移動面積A3よりも大きくなる(A2>A3)。また、2段目のロータ931の長さL2が、2段目のロータ941の長さL3よりも長い(L2>L3)。一方、2段目のロータ931の回転数N2は、3段目のロータ941の回転数N3よりも低い(N2<N3)。このような場合であっても、移動容積比Rを1以上とすることができれば、第4実施形態等とは異なり、3段目(高圧側)のロータ941の回転数を、2段目(低圧側)のロータ931の回転数よりも高くしてもよい。 Here, in the pump 900 of this embodiment, the diameter D2 of the rotor 931 is larger than the diameter D3 of the rotor 941 (D2>D3). Therefore, the moving area A2 of the second stage is larger than the moving area A3 of the third stage (A2>A3). Also, the length L2 of the second stage rotor 931 is longer than the length L3 of the second stage rotor 941 (L2>L3). On the other hand, the rotation speed N2 of the second stage rotor 931 is lower than the rotation speed N3 of the third stage rotor 941 (N2<N3). Even in such a case, if the moving volume ratio RQ can be set to 1 or more, unlike the fourth embodiment and the like, the rotation speed of the third stage (high pressure side) rotor 941 can be changed to that of the second stage. It may be higher than the rotation speed of the rotor 931 (low pressure side).

以上のように、移動容積比Rが1より大きいと、ポンプ900の駆動軸967の軸動力を低減できる。なお、本実施形態では、1段目と2段目の間の移動容積比RQ1-2と、2段目と3段目の間の移動容積比RQ2-3とが双方ともに1より大きい場合が例示されている。この場合には、軸動力の低減効果が顕著に向上できる。ただし、本発明に係る3段ルーツ式ポンプとしては、RQ1-2とRQ2-3の少なくともいずれか一方の移動容積比が1より大きければよい。例えば、RQ1-2とRQ2-3のいずれか一方が1より大きく、他方が1である3段ルーツ式ポンプも、本発明に係る多段ルーツ式ポンプとして使用できる。 As described above, when the displacement volume ratio RQ is greater than 1, the shaft power of the drive shaft 967 of the pump 900 can be reduced. In the present embodiment, both the moving volume ratio R Q1-2 between the first stage and the second stage and the moving volume ratio R Q2-3 between the second stage and the third stage are greater than 1. A case is illustrated. In this case, the effect of reducing the shaft power can be significantly improved. However, in the three-stage roots pump according to the present invention, at least one of R Q1-2 and R Q2-3 should have a movement volume ratio greater than one. For example, a three-stage roots pump in which either one of R Q1-2 and R Q2-3 is greater than one and the other is one can also be used as a multi-stage roots pump according to the present invention.

<駆動機構>
図35、図37および図38に示すように、本実施形態の駆動機構は、1対の第1タイミングギヤ961(961A、961B)と、1対の第2タイミングギヤ962(962A、962B)と、1対の第3タイミングギヤ963(963A、963B)と、1-2段間中間ギヤ964と、2-3段間中間ギヤ965と、モータ入力軸である駆動軸967と、を備える。
<Drive Mechanism>
As shown in FIGS. 35, 37 and 38, the drive mechanism of this embodiment includes a pair of first timing gears 961 (961A, 961B), a pair of second timing gears 962 (962A, 962B), and , a pair of third timing gears 963 (963A, 963B), a 1st-2nd step intermediate gear 964, a 2nd-3rd step intermediate gear 965, and a drive shaft 967 which is a motor input shaft.

1対の第1タイミングギヤ961A、961Bは、1段目の2本の回転軸922の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ921、921の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。1対の第2タイミングギヤ962A、962Bは、2段目の2本の回転軸932の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ931、931の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。1対の第3タイミングギヤ963A、963Bは、2段目の2本の回転軸942の軸端に互いに噛み合うように設けられており、1対のロータ931、931の回転位相が一致するように、同じ歯数となっている。 A pair of first timing gears 961A and 961B are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 922 of the first stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 921 and 921 match each other. , have the same number of teeth. A pair of second timing gears 962A and 962B are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 932 of the second stage, and are arranged so that the rotation phases of the pair of rotors 931 and 931 match each other. , have the same number of teeth. A pair of third timing gears 963A and 963B are provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts 942 of the second stage, so that the rotation phases of the pair of rotors 931 and 931 match each other. , have the same number of teeth.

また、1-2段間中間ギヤ964は、1対の第1タイミングギヤ961のうちの一方の第1タイミングギヤ961Aと、1対の第2タイミングギヤ962のうちの一方の第2タイミングギヤ962Aの両方と噛み合うように設けられており、2-3段間中間ギヤ965は、1対の第2タイミングギヤ962のうちの一方の第2タイミングギヤ962Aと、1対の第3タイミングギヤ963のうちの一方の第3タイミングギヤ963Aの両方と噛み合うように設けられている。さらに、駆動軸967は、1-2段間中間ギヤ964を回転可能に支持する。また、駆動軸967は、後述するサイドカバー980に設けられたベアリング968と、ベアリング・ギヤ室973に設けられたベアリング968とにより支持されている。ベアリング・ギヤ室973に設けられたベアリング968側の駆動軸967の軸端は、モータ(図示せず。)に接続されている。また、2-3段間中間ギヤ965は、回転軸969に回転可能に支持されている。回転軸969は、サイドカバー980に設けられたベアリング970と、ベアリング・ギヤ室973に設けられたベアリング970とにより支持されている。 The 1st-2nd step intermediate gear 964 includes a first timing gear 961A, which is one of the pair of first timing gears 961, and a second timing gear 962A, which is one of the pair of second timing gears 962. , and the 2-3 step intermediate gear 965 is one of the pair of second timing gears 962 and one of the second timing gear 962A and the pair of third timing gears 963. It is provided so as to mesh with both of the third timing gears 963A. Further, the drive shaft 967 rotatably supports the 1st-2nd stage intermediate gear 964 . The drive shaft 967 is supported by a bearing 968 provided in a side cover 980 and a bearing 968 provided in a bearing/gear chamber 973, which will be described later. The shaft end of the drive shaft 967 on the bearing 968 side provided in the bearing/gear chamber 973 is connected to a motor (not shown). Also, the 2nd-3rd stage intermediate gear 965 is rotatably supported by a rotating shaft 969 . The rotating shaft 969 is supported by a bearing 970 provided in the side cover 980 and a bearing 970 provided in the bearing/gear chamber 973 .

上述したように、本実施形態では、2段目のロータ931の回転数が、1段目のロータ921の回転数より高い。言い換えると、2段目のロータ931の回転速度が、1段目のロータ921の回転速度より速い。そこで、ポンプ900では、2段目のロータ931の回転数が1段目のロータ921の回転数より高くなるように、第1タイミングギヤ961、第2タイミングギヤ962および1-2段間中間ギヤ964の歯数が設定される。図35および図38には、例えば、駆動軸967の回転速度から回転軸922および回転軸932の回転速度を減速する例が示されている。図35および図38に示した例では、第1タイミングギヤ961および第2タイミングギヤ962が共通の1-2段間中間ギヤ964と噛み合い、第1タイミングギヤ961および第2タイミングギヤ962の歯数がともに1-2段間中間ギヤ964の歯数より多くなっている。また、1-2段間中間ギヤ964の歯数と第1タイミングギヤ961の歯数との比から算出される減速比(第1タイミングギヤ961の歯数/1-2段間中間ギヤ964の歯数)の方が、1-2段間中間ギヤ964の歯数と第2タイミングギヤ962の歯数との比から算出される減速比(第2タイミングギヤ962の歯数/1-2段間中間ギヤ964の歯数)よりも大きくなるように、第1タイミングギヤ961の歯数が、第2タイミングギヤ962の歯数よりも多くなっている。これにより、2段目のロータ931の回転数が、1段目のロータ921の回転数より高くなる。 As described above, in this embodiment, the rotation speed of the rotor 931 in the second stage is higher than the rotation speed of the rotor 921 in the first stage. In other words, the rotation speed of the rotor 931 in the second stage is faster than the rotation speed of the rotor 921 in the first stage. Therefore, in the pump 900, the first timing gear 961, the second timing gear 962, and the intermediate gear between the first and second stages are arranged so that the rotation speed of the rotor 931 of the second stage is higher than the rotation speed of the rotor 921 of the first stage. 964 teeth are set. FIGS. 35 and 38 show examples of reducing the rotational speed of the rotating shafts 922 and 932 from the rotating speed of the drive shaft 967, for example. In the example shown in FIGS. 35 and 38, a first timing gear 961 and a second timing gear 962 mesh with a common 1st-2nd step intermediate gear 964, and the number of teeth of the first timing gear 961 and the second timing gear 962 is are larger than the number of teeth of the intermediate gear 964 between 1st and 2nd stage. In addition, the speed reduction ratio (the number of teeth of the first timing gear 961 / the number of teeth of the intermediate gear 964 between 1st and 2nd stage) is calculated from the ratio of the number of teeth of the intermediate gear 964 between 1st and 2nd stage to the number of teeth of the first timing gear 961. number of teeth) is the reduction ratio (number of teeth of second timing gear 962/1-2 stage The number of teeth of the first timing gear 961 is greater than the number of teeth of the second timing gear 962 so as to be greater than the number of teeth of the intermediate gear 964 . As a result, the rotation speed of the rotor 931 in the second stage becomes higher than the rotation speed of the rotor 921 in the first stage.

また、本実施形態では、3段目のロータ941の回転数が、2段目のロータ931の回転数より高い。言い換えると、3段目のロータ941の回転速度が、2段目のロータ931の回転速度より速い。そこで、ポンプ900では、3段目のロータ941の回転数が2段目のロータ931の回転数より高くなるように、第2タイミングギヤ962、第3タイミングギヤ963および2-3段間中間ギヤ965の歯数が設定される。図35および図38には、例えば、第2タイミングギヤ962の回転速度から回転軸969の回転速度を増速し、回転軸969の回転速度から第3タイミングギヤ963の回転速度を減速する例が示されている。図35および図38に示した例では、第2タイミングギヤ962および第3タイミングギヤ963が共通の2-3段間中間ギヤ965と噛み合い、第2タイミングギヤ962および第3タイミングギヤ963の歯数がともに2-3段間中間ギヤ965の歯数より多くなっている。また、2-3段間中間ギヤ965の歯数と第2タイミングギヤ962の歯数との比から算出される減速比(第2タイミングギヤ962の歯数/2-3段間中間ギヤ965の歯数)の方が、2-3段間中間ギヤ965の歯数と第3タイミングギヤ963の歯数との比から算出される減速比(第3タイミングギヤ963の歯数/2-3段間中間ギヤ965の歯数)よりも大きくなるように、第2タイミングギヤ962の歯数が、第3タイミングギヤ963の歯数よりも多くなっている。これにより、3段目のロータ941の回転数が、2段目のロータ931の回転数より高くなる。 Further, in the present embodiment, the rotation speed of the rotor 941 in the third stage is higher than the rotation speed of the rotor 931 in the second stage. In other words, the rotation speed of the rotor 941 in the third stage is faster than the rotation speed of the rotor 931 in the second stage. Therefore, in the pump 900, the second timing gear 962, the third timing gear 963, and the intermediate gear between the 2nd and 3rd stages are arranged so that the rotation speed of the rotor 941 of the third stage is higher than that of the rotor 931 of the second stage. 965 teeth are set. 35 and 38 show examples in which the rotation speed of the rotation shaft 969 is increased from the rotation speed of the second timing gear 962 and the rotation speed of the third timing gear 963 is decreased from the rotation speed of the rotation shaft 969. It is shown. In the example shown in FIGS. 35 and 38, the second timing gear 962 and the third timing gear 963 mesh with a common intermediate gear 965 between the second and third stages, and the number of teeth of the second timing gear 962 and the third timing gear 963 is are larger than the number of teeth of the intermediate gear 965 between the 2nd and 3rd stages. In addition, the speed reduction ratio (the number of teeth of the second timing gear 962/the number of teeth of the intermediate gear 965) number of teeth) is the reduction ratio (number of teeth of the third timing gear 963/2-3 stages The number of teeth of the second timing gear 962 is larger than the number of teeth of the third timing gear 963 so as to be larger than the number of teeth of the intermediate gear 965 . As a result, the rotation speed of the rotor 941 in the third stage becomes higher than the rotation speed of the rotor 931 in the second stage.

<中間吐出口>
本実施形態のポンプ900を真空ポンプとして使用する場合、ケーシング910が、隣接する圧縮要素間、すなわち、1段目(低圧側)の圧縮要素と2段目(高圧側)の圧縮要素との間の中間位置、および、2段目(低圧側)の圧縮要素と3段目(高圧側)の圧縮要素との間の中間位置に、それぞれ、ガスを外部に吐出する中間吐出口915、917をさらに有していてもよい。図36に示した例では、中間吐出口915、917をそれぞれ、ケーシング910の左側面に1箇所ずつのみ設けた例が示されているが、中間吐出口915、917の数は特に制限されず、2箇所以上ずつ設けてもよい。例えば、図36に示した断面において、ケーシング910の右側面のうち、1段目(低圧側)の圧縮要素と2段目(高圧側)の圧縮要素との間の中間位置に中間吐出口915が設けられ、2段目(低圧側)の圧縮要素と3段目(高圧側)の圧縮要素との間の中間位置に中間吐出口917が設けられていてもよい。その他の事項については、中間吐出口915、917は、第6実施形態に係る中間吐出口615と実質的に同じ構成および機能を有する。
<Intermediate outlet>
When the pump 900 of this embodiment is used as a vacuum pump, the casing 910 is positioned between adjacent compression elements, that is, between the first stage (low pressure side) compression element and the second stage (high pressure side) compression element. and intermediate positions between the second stage (low pressure side) compression element and the third stage (high pressure side) compression element. You may have more. The example shown in FIG. 36 shows an example in which only one intermediate discharge port 915, 917 is provided on the left side surface of casing 910, but the number of intermediate discharge ports 915, 917 is not particularly limited. , may be provided at two or more locations. For example, in the cross section shown in FIG. 36, an intermediate discharge port 915 is located at an intermediate position between the first stage (low pressure side) compression element and the second stage (high pressure side) compression element on the right side surface of the casing 910. may be provided, and an intermediate discharge port 917 may be provided at an intermediate position between the second stage (low pressure side) compression element and the third stage (high pressure side) compression element. Other than that, the intermediate outlets 915 and 917 have substantially the same configuration and function as the intermediate outlet 615 according to the sixth embodiment.

<第2冷却ガス導入口>
本実施形態のポンプ900では、ケーシング910が、最後段(本実施形態では3段目)の圧縮要素にガスが吸い込まれる吸込位置(上記の中間位置)と吐出口913との間に、ケーシング910の内部に冷却ガスCを導入する逆流冷却ガス導入口919(以下、単に「冷却ガス導入口919」と記載する。)をさらに有する。この冷却ガス導入口919は、本実施形態に係る第2冷却ガス導入口の一例である。冷却ガス導入口919は、第1実施形態に係る冷却ガス導入口117と実質的に同じ構成および機能を有する。
<Second cooling gas inlet>
In the pump 900 of this embodiment, the casing 910 is positioned between the suction position (above intermediate position) where gas is sucked into the final stage (third stage in this embodiment) compression element and the discharge port 913. It further has a backflow cooling gas introduction port 919 (hereinafter simply referred to as "cooling gas introduction port 919") for introducing the cooling gas C into the interior. This cooling gas introduction port 919 is an example of a second cooling gas introduction port according to this embodiment. The cooling gas inlet 919 has substantially the same configuration and function as the cooling gas inlet 117 according to the first embodiment.

<その他の構成>
その他、本実施形態のポンプ900は、ケーシング910とベアリング・ギヤ室973との間、および、ケーシング910とベアリング室974との間に、中間室として、サイドカバー980を有している。このサイドカバー980は、第1実施形態に係るサイドカバー180と実質的に同じ構成および機能を有する。
<Other configurations>
In addition, the pump 900 of this embodiment has side covers 980 as intermediate chambers between the casing 910 and the bearing/gear chamber 973 and between the casing 910 and the bearing chamber 974 . This side cover 980 has substantially the same configuration and function as the side cover 180 according to the first embodiment.

(多段ルーツ式ポンプの動作)
続いて、上述した構成を有するポンプ900の駆動方法を述べる。なお、ポンプ900によるガスの圧縮方法およびガスの冷却方法は、上述した第1実施形態のポンプ100と同様である。
(Operation of multistage roots pump)
Next, a method of driving the pump 900 having the configuration described above will be described. The gas compression method and gas cooling method by the pump 900 are the same as those of the pump 100 of the first embodiment described above.

<ポンプの駆動方法>
図35~図38に示すように、図示しないモータにより駆動軸967が回転すると、駆動軸967に支持された1-2段間中間ギヤ964が回転駆動する。次いで、1対の第1タイミングギヤ961A、961Bのうち、1-2段間中間ギヤ964と噛み合う一方の第1タイミングギヤ961Aが、1-2段間中間ギヤ964とは反対方向に回転する。このときの第1タイミングギヤ961Aの回転数は、1-2段間中間ギヤ964の回転数から、1-2段間中間ギヤ964の歯数と第1タイミングギヤ961Aの歯数との比から算出される減速比(第1タイミングギヤ961Aの歯数/1-2段間中間ギヤ964の歯数)で減速された回転数となる。また、第1タイミングギヤ961Aと噛み合う他方の第1タイミングギヤ961Bは、第1タイミングギヤ961Aの歯数と同じ歯数であるため、第1タイミングギヤ961Aと反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ921、921は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ921、921の回転により、吸込口911付近のガスが、吸込口911からケーシング910内に吸い込まれた(図36の矢印Gs)後に、ロータ921により圧縮されて1段目と2段目の中間位置に吐き出される(図36の矢印Gm1)。
<Pump driving method>
As shown in FIGS. 35 to 38, when the drive shaft 967 is rotated by a motor (not shown), the 1st-2nd intermediate gear 964 supported by the drive shaft 967 is rotationally driven. Next, of the pair of first timing gears 961A and 961B, one of the first timing gears 961A meshing with the intermediate gear 964 between 1-2 steps rotates in the direction opposite to the intermediate gear 964 between 1-2 steps. The number of rotations of the first timing gear 961A at this time is determined from the number of rotations of the intermediate gear 964 between 1st and 2nd stage, and from the ratio of the number of teeth of the intermediate gear 964 between 1st and 2nd stage to the number of teeth of the first timing gear 961A. The rotational speed is reduced by the calculated speed reduction ratio (the number of teeth of the first timing gear 961A/the number of teeth of the intermediate gear 964 between 1st and 2nd stages). Also, the other first timing gear 961B meshing with the first timing gear 961A has the same number of teeth as the first timing gear 961A, so it rotates at the same number of rotations in the opposite direction as the first timing gear 961A. As a result, the pair of rotors 921, 921 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 921, 921, the gas in the vicinity of the suction port 911 is sucked into the casing 910 through the suction port 911 (arrow Gs in FIG. 36), and then compressed by the rotor 921 to reach the first stage. It is discharged to the intermediate position of the second stage (arrow Gm1 in FIG. 36).

同様に、1対の第2タイミングギヤ962A、962Bのうち、1-2段間中間ギヤ964と噛み合う一方の第2タイミングギヤ962Aが、1-2段間中間ギヤ964とは反対方向に回転する。このときの第2タイミングギヤ962Aの回転数は、1-2段間中間ギヤ964の回転数から、1-2段間中間ギヤ964の歯数と第2タイミングギヤ962Aの歯数との比から算出される減速比(第2タイミングギヤ962Aの歯数/1-2段間中間ギヤ964の歯数)で減速された回転数となる。また、第2タイミングギヤ962Aと噛み合う他方の第2タイミングギヤ962Bは、第2タイミングギヤ962Aの歯数と同じ歯数であるため、第2タイミングギヤ962Aと反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ931、931は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ931、931の回転により、1段目のロータ921により圧縮されて中間位置に吐き出されたガスが、中間位置から2段目のロータ931に掻き込まれた後に(図36の矢印Gm1)、ロータ931により圧縮されて2段目と3段目の中間位置に吐き出される(図36の矢印Gm2)。 Similarly, of the pair of second timing gears 962A and 962B, one of the second timing gears 962A meshing with the intermediate gear 964 between 1-2 steps rotates in the direction opposite to the intermediate gear 964 between 1-2 steps. . The number of rotations of the second timing gear 962A at this time is determined from the number of rotations of the 1st-2nd stage intermediate gear 964, and from the ratio of the number of teeth of the 1st-2nd stage intermediate gear 964 to the number of teeth of the second timing gear 962A. The rotational speed is reduced by the calculated speed reduction ratio (the number of teeth of the second timing gear 962A/the number of teeth of the intermediate gear 964 between 1st and 2nd stages). Also, the other second timing gear 962B meshing with the second timing gear 962A has the same number of teeth as the second timing gear 962A, so it rotates at the same number of revolutions in the opposite direction as the second timing gear 962A. As a result, the pair of rotors 931, 931 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 931, 931, the gas compressed by the first-stage rotor 921 and discharged to the intermediate position is swept from the intermediate position into the second-stage rotor 931 (see FIG. 36). Arrow Gm1) is compressed by the rotor 931 and discharged to an intermediate position between the second stage and the third stage (arrow Gm2 in FIG. 36).

さらに、第2タイミングギヤ962Aと噛み合う2-3段間中間ギヤ965が、第2タイミングギヤ962Aとは反対方向に回転する。また、1対の第3タイミングギヤ963A、963Bのうち、2-3段間中間ギヤ965と噛み合う第3タイミングギヤ963Aが、2-3段間中間ギヤ965とは反対方向に回転する。また、第3タイミングギヤ963Aと噛み合う他方の第3タイミングギヤ963Bは、第3タイミングギヤ963Aの歯数と同じ歯数であるため、第3タイミングギヤ963Aと反対方向に同じ回転数で回転する。これにより、1対のロータ941、941は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ941、941の回転により、2段目のロータ931により圧縮されて中間位置に吐き出されたガスが、中間位置から3段目のロータ941に掻き込まれた後に(図36の矢印Gm2)、ロータ941により圧縮されて吐出口913から外部に排出される(図36の矢印Gd)。 Further, the 2-3 step intermediate gear 965 meshing with the second timing gear 962A rotates in the direction opposite to the second timing gear 962A. Further, of the pair of third timing gears 963A and 963B, the third timing gear 963A that meshes with the intermediate gear 965 between 2nd and 3rd stage rotates in the direction opposite to that of the intermediate gear 965 between 2nd and 3rd stage. Also, the other third timing gear 963B meshing with the third timing gear 963A has the same number of teeth as the third timing gear 963A, so it rotates at the same number of rotations in the opposite direction as the third timing gear 963A. As a result, the pair of rotors 941, 941 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 941, 941, the gas compressed by the second-stage rotor 931 and discharged to the intermediate position is swept from the intermediate position into the third-stage rotor 941 (Fig. 36). arrow Gm2), and is compressed by the rotor 941 and discharged to the outside from the discharge port 913 (arrow Gd in FIG. 36).

また、本実施形態では、1段目と2段目の間の中間位置の圧力(中間圧力)Pm1が大気圧以上の場合には、圧力差によりガスが中間吐出口915から、より圧力の低い大気に排出され(図36の矢印Ge1および矢印Gd)、中間圧力Pm1が大気圧以下まで下がる。同様に、2段目と3段目の間の中間位置の圧力(中間圧力)Pm2が大気圧以上の場合には、圧力差によりガスが中間吐出口917から、より圧力の低い大気に排出され(図36の矢印Ge2および矢印Gd)、中間圧力Pm2が大気圧以下まで下がる。したがって、2段目および3段目の圧縮要素(ロータ931、941)への吸込圧力が小さくなるため、2段目の吸込圧力Ps2と吸込口911から吸い込まれるガスの圧力(1段目の吸込圧力Ps1)との差ΔP1、および、3段目の吸込圧力Ps3と2段目の吸込圧力Ps2との差ΔP2を小さくすることができる。その結果、ポンプ900を作動するモータの動力を低減できる。特に、ポンプ900が吸込口911に向けてガスを引き始めた段階では、中間圧力Pm1、Pm2が大気圧以上になりやすいため、ガスの引き始めの段階において、特に、モータの動力低減効果が高い。 Further, in the present embodiment, when the pressure (intermediate pressure) Pm1 at the intermediate position between the first stage and the second stage is equal to or higher than the atmospheric pressure, gas is discharged from the intermediate discharge port 915 due to the pressure difference. It is discharged to the atmosphere (arrows Ge1 and Gd in FIG. 36), and the intermediate pressure Pm1 drops below the atmospheric pressure. Similarly, when the pressure (intermediate pressure) Pm2 at the intermediate position between the second stage and the third stage is equal to or higher than the atmospheric pressure, the gas is discharged from the intermediate discharge port 917 to the atmosphere with a lower pressure due to the pressure difference. (arrow Ge2 and arrow Gd in FIG. 36), the intermediate pressure Pm2 drops below the atmospheric pressure. Therefore, since the suction pressure to the compression elements (rotors 931, 941) of the second and third stages becomes small, the suction pressure Ps2 of the second stage and the pressure of the gas sucked from the suction port 911 (suction pressure of the first stage) The difference ΔP1 from the pressure Ps1) and the difference ΔP2 between the third-stage suction pressure Ps3 and the second-stage suction pressure Ps2 can be reduced. As a result, the power of the motor that operates the pump 900 can be reduced. Especially at the stage when the pump 900 starts to draw gas toward the suction port 911, the intermediate pressures Pm1 and Pm2 are likely to be higher than the atmospheric pressure. .

本実施形態では、第1タイミングギヤ961Aとの間の1-2段間中間ギヤ964の減速比が、第2タイミングギヤ962Aとの間の1-2段間中間ギヤ964の減速比よりも大きくなっている。したがって、ロータ921の回転数N1がロータ931の回転数N2よりも低くなる。また、ロータ921の長さL1がロータ931の長さL2よりも長く、かつ、ロータ921の直径D1がロータ931の直径D2よりも大きい。このような特殊な条件下であっても、上述したように、移動容積比RQ1-2が1より大きくなるようにすることは可能である。 In the present embodiment, the reduction ratio of the 1st-2nd stage intermediate gear 964 with the first timing gear 961A is larger than the reduction ratio of the 1st-2nd stage intermediate gear 964 with the second timing gear 962A. It's becoming Therefore, the rotation speed N1 of the rotor 921 becomes lower than the rotation speed N2 of the rotor 931. Also, the length L1 of the rotor 921 is longer than the length L2 of the rotor 931 and the diameter D1 of the rotor 921 is larger than the diameter D2 of the rotor 931 . Even under such special conditions, it is possible to make the volumetric displacement ratio R Q1-2 greater than 1 as described above.

また、第2タイミングギヤ962Aとの間の2-3段間中間ギヤ965の減速比が、第3タイミングギヤ963Aとの間の2-3段間中間ギヤ965の減速比よりも大きくなっている。したがって、ロータ931の回転数N2がロータ941の回転数N3よりも低くなる。また、ロータ931の長さL2がロータ941の長さL3よりも長く、かつ、ロータ931の直径D2がロータ941の直径D3よりも大きい。このような特殊な条件下であっても、上述したように、移動容積比RQ2-3が1より大きくなるようにすることは可能である。 Further, the reduction ratio of the 2nd-3rd step intermediate gear 965 between the second timing gear 962A is larger than the reduction ratio of the 2nd-3rd step intermediate gear 965 between the third timing gear 963A. . Therefore, the rotation speed N2 of the rotor 931 becomes lower than the rotation speed N3 of the rotor 941. Also, the length L2 of the rotor 931 is longer than the length L3 of the rotor 941 and the diameter D2 of the rotor 931 is larger than the diameter D3 of the rotor 941 . Even under such special conditions, it is possible to make the volumetric displacement ratio R Q2-3 greater than 1 as described above.

[第10実施形態]
次に、図39および図40を参照しながら、本発明の第10実施形態に係る多段ルーツ式ポンプについて詳述する。図39は、本実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの一例としての内装2段ルーツ式ポンプ1000(以下、「ポンプ1000」と省略して記載する。)の全体構成を示す部分断面図である。図40は、図39のXL-XL線で切断した断面図である。本実施形態に係るポンプ1000は、第6実施形態に係るポンプ600に、第1実施形態等と同様の冷却機構を設けた例である。なお、以下では、上述した実施形態と重複する説明を適宜省略する。
[Tenth embodiment]
Next, the multi-stage roots pump according to the tenth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 39 and 40. FIG. FIG. 39 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of an internal two-stage roots-type pump 1000 (hereinafter abbreviated as "pump 1000") as an example of a multi-stage roots-type pump according to the present embodiment. 40 is a cross-sectional view taken along line XL-XL in FIG. 39. FIG. A pump 1000 according to the present embodiment is an example in which the pump 600 according to the sixth embodiment is provided with a cooling mechanism similar to that of the first embodiment. In addition, below, the description which overlaps with embodiment mentioned above is abbreviate|omitted suitably.

(多段ルーツ式ポンプの構成)
図39および図40に示すように、ポンプ1000は、回転圧縮機の一種である2段ルーツ式ポンプであり、ケーシング610と、2段(2組)の圧縮要素と、駆動機構と、冷却機構とを主に備える。
(Configuration of multistage roots pump)
As shown in FIGS. 39 and 40, the pump 1000 is a two-stage roots pump, which is a type of rotary compressor, and includes a casing 610, two stages (two sets) of compression elements, a drive mechanism, and a cooling mechanism. and

<ケーシング>
本実施形態のケーシングは、第6実施形態に係るケーシング610と同様である。本実施形態では、このケーシング610に後述する中間逆流冷却ガス導入口1016が設けられている。
<Casing>
The casing of this embodiment is similar to the casing 610 according to the sixth embodiment. In this embodiment, the casing 610 is provided with an intermediate backflow cooling gas inlet 1016, which will be described later.

<圧縮要素、駆動機構>
本実施形態の圧縮要素および駆動機構は、第6実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
<Compression element, drive mechanism>
Since the compression element and drive mechanism of this embodiment are the same as those of the sixth embodiment, detailed description thereof will be omitted.

<移動容積比>
本実施形態のポンプ1000における移動容積比についても、第6実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
<Transfer volume ratio>
The movement volume ratio of the pump 1000 of this embodiment is also the same as that of the sixth embodiment, so detailed description thereof will be omitted.

<冷却機構>
図40に示すように、本実施形態に係るケーシング610にも、中間吐出口615および本実施形態に係る第1冷却ガス導入口の一例としての中間逆流冷却ガス導入口1016(以下、単に「冷却ガス導入口1016」と記載する。)が設けられる。中間吐出口615および冷却ガス導入口1016は、それぞれ、第1実施形態に係る中間吐出口115および冷却ガス導入口116と同じ構成、機能および作用効果を有する。また、本実施形態に係る冷却部の一例としての冷却器1が、中間吐出口615および冷却ガス導入口1016と接続される。また、冷却器1には、逆止弁3も接続される。
<Cooling mechanism>
As shown in FIG. 40, the casing 610 according to this embodiment also has an intermediate discharge port 615 and an intermediate backflow cooling gas introduction port 1016 as an example of a first cooling gas introduction port according to this embodiment (hereinafter simply referred to as “cooling gas introduction port 1016”) is provided. The intermediate outlet 615 and the cooling gas inlet 1016 have the same configurations, functions and effects as the intermediate outlet 115 and the cooling gas inlet 116 according to the first embodiment, respectively. A cooler 1 as an example of the cooling unit according to the present embodiment is connected to the intermediate outlet 615 and the cooling gas inlet 1016 . A check valve 3 is also connected to the cooler 1 .

<第2冷却ガス導入口>
図40に示すように、第6実施形態と同様に、逆流冷却ガス導入口617が設けられる。
<Second cooling gas inlet>
As shown in FIG. 40, a backflow cooling gas inlet 617 is provided as in the sixth embodiment.

<その他の構成>
その他、本実施形態のポンプ1000の構成は、第6実施形態に係るポンプ600と同様である。
<Other configurations>
In addition, the configuration of the pump 1000 of this embodiment is the same as that of the pump 600 of the sixth embodiment.

<ガスの漏れ量>
2段目の圧縮要素における吐出側(高圧側)から吸込側(低圧側)へのガスの漏れ量QLについても、第6実施形態と同様である。
<Amount of gas leakage>
The gas leakage amount QL from the discharge side (high pressure side) to the suction side (low pressure side) in the second stage compression element is also the same as in the sixth embodiment.

このように、本実施形態に係るポンプ1000では、後段(本実施形態では2段目)の圧縮要素におけるガスの顕著な温度上昇を起因とするガスの漏れ量の増加を抑制する、という課題に対し、冷却機構を設けること、および、後段(2段目)のロータサイズを小さくすること、という2つの解決手段を採用している。そのため、2段目の圧縮要素における吐出側から吸込側へのガスの漏れ量QLの低減効果に非常に優れる。すなわち、中間吐出口615、冷却器1および冷却ガス導入口1016からなる冷却機構を設けることにより、2段目の圧縮要素で圧縮されるガスの温度上昇を抑制することによるロータ631の熱膨張量の減少効果と、ロータ631自体の長さL2および直径D2を小さくすることによるロータ631の熱膨張量の減少効果の相乗効果が得られる。 As described above, the pump 1000 according to the present embodiment solves the problem of suppressing an increase in the amount of gas leakage caused by a significant temperature rise of the gas in the compression element of the latter stage (the second stage in the present embodiment). In contrast, two solutions are adopted: providing a cooling mechanism and reducing the rotor size of the latter stage (second stage). Therefore, the effect of reducing the leakage amount QL of gas from the discharge side to the suction side in the second stage compression element is extremely excellent. That is, by providing a cooling mechanism consisting of the intermediate discharge port 615, the cooler 1, and the cooling gas inlet 1016, the amount of thermal expansion of the rotor 631 is suppressed by suppressing the temperature rise of the gas compressed by the second stage compression element. and the effect of reducing the amount of thermal expansion of the rotor 631 by reducing the length L2 and diameter D2 of the rotor 631 itself.

(多段ルーツ式ポンプの動作)
続いて、上述した構成を有するポンプ1000の駆動方法を述べる。なお、ポンプ1000によるガスの圧縮方法およびガスの冷却方法は、上述した第1実施形態のポンプ100と同様である。
(Operation of multistage roots pump)
Next, a method of driving pump 1000 having the above configuration will be described. The gas compression method and gas cooling method by the pump 1000 are the same as those of the pump 100 of the first embodiment described above.

<ポンプの駆動方法>
図39に示すように、本実施形態に係るポンプ1000では、第6実施形態と同様にして、1対のロータ621、621は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ621、621の回転により、吸込口611付近のガスが、吸込口611からケーシング610内に吸い込まれた(図40の矢印Gs)後に、ロータ621により圧縮されて中間位置に吐き出される(図40の矢印Gm)。
<Pump driving method>
As shown in FIG. 39, in the pump 1000 according to the present embodiment, as in the sixth embodiment, the pair of rotors 621, 621 rotate at the same rotational speed in opposite directions while maintaining the rotational phase. to rotate. Due to the rotation of the pair of rotors 621, 621, the gas near the suction port 611 is sucked into the casing 610 through the suction port 611 (arrow Gs in FIG. 40), then compressed by the rotor 621 and discharged to the intermediate position. (arrow Gm in FIG. 40).

また、第6実施形態と同様にして、1対のロータ631、631は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ631、631の回転により、1段目のロータ621により圧縮されて中間位置に吐き出されたガスが、中間位置から2段目のロータ631に掻き込まれた(図40の矢印Gm)後に、ロータ631により圧縮されて吐出口613から外部に排出される(図40の矢印Gd)。 Also, as in the sixth embodiment, the pair of rotors 631, 631 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 631, 631, the gas compressed by the first stage rotor 621 and discharged to the intermediate position is swept into the second stage rotor 631 from the intermediate position (see arrow in FIG. 40). Gm), it is then compressed by the rotor 631 and discharged to the outside from the discharge port 613 (arrow Gd in FIG. 40).

ここで、本実施形態では、第1実施形態と同様に、1段目と2段目の間の中間位置に存在するガスが、中間吐出口615からケーシング610の外部に排出され、冷却器1で冷却された後に、ケーシング610の左右両側面に設けられた2箇所の冷却ガス導入口1016A、1016Bから1段目の圧縮要素内(ロータ621とケーシング610とで囲まれた空間内)に導入される。このとき、中間位置の圧力(中間圧力)Pmは、ロータ621とケーシング610とで囲まれた空間の圧力以上であることから、中間吐出口615から排出されたガスは、冷却器1を通って、循環する。より詳細には、図40の矢印Geに示すように、中間吐出口615から排出されたガスは、冷却器1により冷却され、冷却ガス導入口1016から1段目の圧縮要素内、具体的には、1段目のロータ621とケーシング610とで囲まれた領域内(移動容積Qth1部分)に導入された後、再び中間位置に吐出される。そのため、中間位置のガスを排出するブロワ等の装置を別途設けなくても、中間位置のガスは中間吐出口615から常時排出され、冷却器1により冷却されたガスが1段目の圧縮要素内に常時導入される。その結果、1段目の圧縮要素から吐き出されるガスの温度が低下するため、1段目(低圧側)の圧縮要素で圧縮されて温度が上昇したガスが、放熱されずに2段目(高圧側)の圧縮要素に直接吸い込まれることを防止でき、2段目の圧縮要素で圧縮されたガスの著しい温度上昇も抑制できる。 Here, in the present embodiment, as in the first embodiment, the gas present in the intermediate position between the first stage and the second stage is discharged from the intermediate discharge port 615 to the outside of the casing 610, and then introduced into the first-stage compression element (inside the space surrounded by the rotor 621 and the casing 610) from the two cooling gas introduction ports 1016A and 1016B provided on both left and right sides of the casing 610. be done. At this time, the pressure at the intermediate position (intermediate pressure) Pm is higher than the pressure in the space surrounded by the rotor 621 and the casing 610, so the gas discharged from the intermediate discharge port 615 passes through the cooler 1 , circulating. More specifically, as indicated by an arrow Ge in FIG. 40, the gas discharged from the intermediate discharge port 615 is cooled by the cooler 1, and is discharged from the cooling gas introduction port 1016 to the first stage compression element. is introduced into the region surrounded by the first stage rotor 621 and the casing 610 (moving volume Qth1 portion), and then discharged to the intermediate position again. Therefore, even if a device such as a blower for discharging the gas at the intermediate position is not separately provided, the gas at the intermediate position is always discharged from the intermediate discharge port 615, and the gas cooled by the cooler 1 is discharged into the first stage compression element. always introduced in As a result, the temperature of the gas discharged from the first-stage compression element decreases, so the gas that has been compressed by the first-stage (low-pressure side) compression element and rises in temperature does not dissipate heat, and the second-stage (high-pressure side) can be prevented from being directly sucked into the compression element of the second stage, and a significant temperature rise of the gas compressed by the second-stage compression element can be suppressed.

また、中間圧力Pmが大気圧以上の場合には、逆止弁3が開放され、中間圧力Pmと大気圧との圧力差により、中間位置に存在するガスは、中間吐出口615から、より圧力の低い大気に排出され(図40の矢印Geおよび矢印Gd)、中間圧力Pmが大気圧以下まで下がる。したがって、2段目の圧縮要素(ロータ631)への吸込圧力が小さくなるため、1段目の圧縮要素(ロータ621)への吸込圧力と2段目の圧縮要素(ロータ631)への吸込圧力との差圧ΔP1を小さくすることができる。その結果、ポンプ1000を作動するモータの動力を低減できる。特に、ポンプ1000が吸込口611に向けてガスを引き始めた段階では、中間圧力Pmが大気圧以上になりやすいため、ガスの引き始めの段階において、特に、モータの動力低減効果が高い。 Further, when the intermediate pressure Pm is equal to or higher than the atmospheric pressure, the check valve 3 is opened, and the pressure difference between the intermediate pressure Pm and the atmospheric pressure causes the gas existing at the intermediate position to be pushed out from the intermediate discharge port 615 to a higher pressure. (arrow Ge and arrow Gd in FIG. 40), and the intermediate pressure Pm drops below the atmospheric pressure. Therefore, since the suction pressure to the second stage compression element (rotor 631) becomes smaller, the suction pressure to the first stage compression element (rotor 621) and the suction pressure to the second stage compression element (rotor 631) can be reduced. As a result, the power of the motor that operates the pump 1000 can be reduced. In particular, when the pump 1000 starts to draw gas toward the suction port 611, the intermediate pressure Pm tends to be higher than the atmospheric pressure.

本実施形態では、第1タイミングギヤ661の回転速度が減速される一方で、第2タイミングギヤ662の回転速度が増速されるように、各ギヤの歯数が決められている。また、ロータ621の直径D1がロータ631の直径D2よりも大きい。さらに、ロータ621の長さL1がロータ631の長さL2よりも長い。このような特殊な条件下であっても、上述したように、移動容積比Rが1より大きくなるようにすることは可能である。 In this embodiment, the number of teeth of each gear is determined so that the rotation speed of the first timing gear 661 is reduced while the rotation speed of the second timing gear 662 is increased. Also, the diameter D1 of the rotor 621 is larger than the diameter D2 of the rotor 631 . Furthermore, length L1 of rotor 621 is longer than length L2 of rotor 631 . Even under such special conditions, it is possible to make the volumetric displacement ratio RQ larger than 1 as described above.

[第11実施形態]
次に、図41および図42を参照しながら、本発明の第11実施形態に係る多段ルーツ式ポンプについて詳述する。図41は、本実施形態に係る多段ルーツ式ポンプの一例としての内装2段ルーツ式ポンプ1100(以下、「ポンプ1100」と省略して記載する。)の全体構成を示す部分断面図である。図42は、図41のXLII-XLII線で切断した断面図である。本実施形態に係るポンプ1100は、第9実施形態に係るポンプ900に、第1実施形態等と同様の冷却機構を設けた例である。なお、以下では、上述した実施形態と重複する説明を適宜省略する。
[Eleventh embodiment]
Next, the multi-stage roots pump according to the eleventh embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 41 and 42. FIG. FIG. 41 is a partial cross-sectional view showing the overall configuration of an internal two-stage roots-type pump 1100 (hereinafter abbreviated as "pump 1100") as an example of a multi-stage roots-type pump according to the present embodiment. 42 is a cross-sectional view taken along line XLII-XLII in FIG. 41. FIG. A pump 1100 according to the present embodiment is an example in which the pump 900 according to the ninth embodiment is provided with a cooling mechanism similar to that of the first embodiment. In addition, below, the description which overlaps with embodiment mentioned above is abbreviate|omitted suitably.

(多段ルーツ式ポンプの構成)
図41および図42に示すように、ポンプ1100は、回転圧縮機の一種である3段ルーツ式ポンプであり、ケーシング910と、3段(3組)の圧縮要素と、駆動機構と、冷却機構とを主に備える。
(Configuration of multistage roots pump)
As shown in FIGS. 41 and 42, the pump 1100 is a three-stage roots pump, which is a type of rotary compressor, and includes a casing 910, three stages (three sets) of compression elements, a drive mechanism, and a cooling mechanism. and

<ケーシング>
本実施形態のケーシングは、第9実施形態に係るケーシング910と同様である。本実施形態では、このケーシング910に後述する中間逆流冷却ガス導入口1116、1118が設けられている。
<Casing>
The casing of this embodiment is similar to the casing 910 according to the ninth embodiment. In this embodiment, the casing 910 is provided with intermediate backflow cooling gas introduction ports 1116 and 1118, which will be described later.

<圧縮要素、駆動機構>
本実施形態の圧縮要素および駆動機構は、第9実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
<Compression element, drive mechanism>
Since the compression element and drive mechanism of this embodiment are the same as those of the ninth embodiment, detailed description thereof will be omitted.

<移動容積比>
本実施形態のポンプ1100における移動容積比についても、第9実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
<Transfer volume ratio>
Since the movement volume ratio in the pump 1100 of this embodiment is also the same as that of the ninth embodiment, detailed description thereof will be omitted.

<冷却機構>
図42に示すように、本実施形態に係るケーシング910にも、中間吐出口915、917および本実施形態に係る第1冷却ガス導入口の一例としての中間逆流冷却ガス導入口1116(以下、単に「冷却ガス導入口1116」と記載する。)および中間逆流冷却ガス導入口1118(以下、単に「冷却ガス導入口1118」と記載する。)が設けられる。中間吐出口915、917および冷却ガス導入口1116、1118は、それぞれ、第4実施形態に係る中間吐出口415、417および冷却ガス導入口416、418と同じ構成、機能および作用効果を有する。また、本実施形態に係る冷却部の一例としての冷却器1が、中間吐出口915および冷却ガス導入口1116と接続され、冷却器2が、中間吐出口917および冷却ガス導入口1118と接続される。また、冷却器1には、逆止弁3も接続され、冷却器2には、逆止弁4も接続される。
<Cooling mechanism>
As shown in FIG. 42, the casing 910 according to the present embodiment also has intermediate discharge ports 915 and 917 and an intermediate backflow cooling gas introduction port 1116 as an example of a first cooling gas introduction port according to the present embodiment (hereinafter simply referred to as “cooling gas inlet 1116”) and an intermediate backflow cooling gas inlet 1118 (hereinafter simply referred to as “cooling gas inlet 1118”) are provided. Intermediate outlets 915, 917 and cooling gas inlets 1116, 1118 have the same configurations, functions, and effects as intermediate outlets 415, 417 and cooling gas inlets 416, 418, respectively, according to the fourth embodiment. Further, the cooler 1 as an example of the cooling unit according to the present embodiment is connected to the intermediate outlet 915 and the cooling gas inlet 1116, and the cooler 2 is connected to the intermediate outlet 917 and the cooling gas inlet 1118. be. A check valve 3 is also connected to the cooler 1 , and a check valve 4 is also connected to the cooler 2 .

<第2冷却ガス導入口>
図42に示すように、第9実施形態と同様に、逆流冷却ガス導入口919が設けられる。
<Second cooling gas inlet>
As shown in FIG. 42, a backflow cooling gas introduction port 919 is provided as in the ninth embodiment.

<その他の構成>
その他、本実施形態のポンプ1100の構成は、第9実施形態に係るポンプ900と同様である。
<Other configurations>
In addition, the configuration of the pump 1100 of this embodiment is the same as that of the pump 900 of the ninth embodiment.

<ガスの漏れ量>
2段目および3段目の圧縮要素における吐出側(高圧側)から吸込側(低圧側)へのガスの漏れ量QLについても、第9実施形態と同様である。
<Amount of gas leakage>
The gas leakage amount QL from the discharge side (high pressure side) to the suction side (low pressure side) in the second and third stage compression elements is also the same as in the ninth embodiment.

このように、本実施形態に係るポンプ1100では、後段(本実施形態では2段目および3段目)の圧縮要素におけるガスの顕著な温度上昇を起因とするガスの漏れ量の増加を抑制する、という課題に対し、冷却機構を設けること、および、後段(2段目および3段目)のロータサイズを小さくすること、という2つの解決手段を採用している。そのため、2段目および3段目の圧縮要素における吐出側から吸込側へのガスの漏れ量QLの低減効果に非常に優れる。すなわち、中間吐出口915、冷却器1および冷却ガス導入口1116からなる冷却機構と、中間吐出口917、冷却器2および冷却ガス導入口1118からなる冷却機構とを設けることにより、2段目および3段目の圧縮要素で圧縮されるガスの温度上昇を抑制することによるロータ931、941の熱膨張量の減少効果と、ロータ931、941自体の長さL2、L3および直径D2、D3を小さくすることによるロータ931、941の熱膨張量の減少効果の相乗効果が得られる。 As described above, in the pump 1100 according to the present embodiment, an increase in the amount of gas leakage caused by a significant temperature rise of the gas in the compression elements of the latter stages (the second and third stages in the present embodiment) is suppressed. , two solutions are adopted: providing a cooling mechanism and reducing the size of the rotors in the latter stages (second stage and third stage). Therefore, the effect of reducing the leakage amount QL of gas from the discharge side to the suction side in the second and third stage compression elements is extremely excellent. That is, by providing a cooling mechanism consisting of an intermediate discharge port 915, a cooler 1, and a cooling gas inlet 1116, and a cooling mechanism consisting of an intermediate discharge port 917, a cooler 2, and a cooling gas inlet 1118, the second stage and The effect of reducing the amount of thermal expansion of the rotors 931 and 941 by suppressing the temperature rise of the gas compressed by the third stage compression element, and the lengths L2 and L3 and the diameters D2 and D3 of the rotors 931 and 941 themselves are reduced. By doing so, a synergistic effect of reducing the amount of thermal expansion of the rotors 931 and 941 can be obtained.

(多段ルーツ式ポンプの動作)
続いて、上述した構成を有するポンプ1100の駆動方法を述べる。なお、ポンプ1100によるガスの圧縮方法およびガスの冷却方法は、上述した第1実施形態のポンプ100と同様である。
(Operation of multistage roots pump)
Next, a method of driving pump 1100 having the above configuration will be described. The gas compression method and gas cooling method by the pump 1100 are the same as those of the pump 100 of the first embodiment described above.

<ポンプの駆動方法>
図41に示すように、本実施形態に係るポンプ1100では、第9実施形態と同様にして、1対のロータ921、921は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ921、921の回転により、吸込口911付近のガスが、吸込口911からケーシング910内に吸い込まれた(図42の矢印Gs)後に、ロータ921により圧縮されて1段目と2段目の中間位置に吐き出される(図42の矢印Gm1)。
<Pump driving method>
As shown in FIG. 41, in a pump 1100 according to this embodiment, as in the ninth embodiment, a pair of rotors 921, 921 rotate at the same rotational speed in opposite directions while maintaining the rotational phase. to rotate. Due to the rotation of the pair of rotors 921, 921, the gas in the vicinity of the suction port 911 is sucked into the casing 910 through the suction port 911 (arrow Gs in FIG. 42) and then compressed by the rotor 921 to the first stage. It is discharged to the intermediate position of the second stage (arrow Gm1 in FIG. 42).

また、第9実施形態と同様にして、1対のロータ931、931は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ931、931の回転により、1段目のロータ921により圧縮されて中間位置に吐き出されたガスが、中間位置から2段目のロータ931に掻き込まれた後に(図42の矢印Gm1)、ロータ931により圧縮されて2段目と3段目の中間位置に吐き出される(図42の矢印Gm2)。 Also, as in the ninth embodiment, the pair of rotors 931, 931 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 931, 931, the gas compressed by the first stage rotor 921 and discharged to the intermediate position is swept into the second stage rotor 931 from the intermediate position (Fig. 42). Arrow Gm1) is compressed by the rotor 931 and discharged to an intermediate position between the second stage and the third stage (arrow Gm2 in FIG. 42).

さらに、第9実施形態と同様にして、1対のロータ941、941は、回転位相が保たれた状態で、互いに反対方向に同じ回転数で回転する。この1対のロータ941、941の回転により、2段目のロータ931により圧縮されて中間位置に吐き出されたガスが、中間位置から3段目のロータ941に掻き込まれた後に(図42の矢印Gm2)、ロータ941により圧縮されて吐出口913から外部に排出される(図42の矢印Gd)。 Furthermore, as in the ninth embodiment, the pair of rotors 941, 941 rotate in opposite directions at the same rotational speed while maintaining the rotational phase. Due to the rotation of the pair of rotors 941, 941, the gas compressed by the second-stage rotor 931 and discharged to the intermediate position is swept from the intermediate position into the third-stage rotor 941 (Fig. 42). arrow Gm2), and is compressed by the rotor 941 and discharged to the outside from the discharge port 913 (arrow Gd in FIG. 42).

ここで、本実施形態では、第4実施形態と同様に、1段目と2段目の間の中間位置に存在するガスが、中間吐出口915からケーシング910の外部に排出され、冷却器1で冷却された後に、ケーシング910の左右両側面に設けられた2箇所の冷却ガス導入口1116A、1116Bから1段目の圧縮要素内(ロータ921とケーシング910とで囲まれた空間内)に導入される。このとき、中間位置の圧力(中間圧力)Pm1は、ロータ921とケーシング910とで囲まれた空間の圧力以上であることから、中間吐出口915から排出されたガスは、冷却器1を通って、循環する。より詳細には、図42の矢印Ge1に示すように、中間吐出口915から排出されたガスは、冷却器1により冷却され、冷却ガス導入口1116から1段目の圧縮要素内、具体的には、1段目のロータ921とケーシング910とで囲まれた領域内(移動容積Qth1部分)に導入された後、再び1段目と2段目の中間位置に吐出される。そのため、中間位置のガスを排出するブロワ等の装置を別途設けなくても、中間位置のガスは中間吐出口915から常時排出され、冷却器1により冷却されたガスが1段目の圧縮要素内に常時導入される。その結果、1段目の圧縮要素から吐き出されるガスの温度が低下するため、1段目(低圧側)の圧縮要素で圧縮されて温度が上昇したガスが、放熱されずに2段目(高圧側)の圧縮要素に直接吸い込まれることを防止でき、2段目の圧縮要素で圧縮されたガスの著しい温度上昇も抑制できる。同様に、本実施形態では、2段目と3段目の間の中間位置に存在するガスが、中間吐出口917からケーシング910の外部に排出され、冷却器2で冷却された後に、ケーシング910の左右両側面に設けられた2箇所の冷却ガス導入口1118A、1118Bから2段目の圧縮要素内(ロータ931とケーシング910とで囲まれた空間内)に導入される。このとき、中間位置の圧力(中間圧力)Pm2は、ロータ931とケーシング910とで囲まれた空間の圧力以上であることから、中間吐出口917から排出されたガスは、冷却器2を通って、循環する。より詳細には、図42の矢印Ge2に示すように、中間吐出口917から排出されたガスは、冷却器2により冷却され、冷却ガス導入口1118から2段目の圧縮要素内、具体的には、2段目のロータ931とケーシング910とで囲まれた領域内(移動容積Qth2部分)に導入された後、再び2段目と3段目の中間位置に吐出される。そのため、中間位置のガスを排出するブロワ等の装置を別途設けなくても、中間位置のガスは中間吐出口917から常時排出され、冷却器2により冷却されたガスが2段目の圧縮要素内に常時導入される。その結果、2段目の圧縮要素から吐き出されるガスの温度が低下するため、2段目(低圧側)の圧縮要素で圧縮されて温度が上昇したガスが、放熱されずに3段目(高圧側)の圧縮要素に直接吸い込まれることを防止でき、3段目の圧縮要素で圧縮されたガスの著しい温度上昇も抑制できる。 Here, in the present embodiment, as in the fourth embodiment, the gas existing in the intermediate position between the first stage and the second stage is discharged from the intermediate discharge port 915 to the outside of the casing 910, and the cooler 1 and then introduced into the first-stage compression element (inside the space surrounded by the rotor 921 and the casing 910) from the two cooling gas introduction ports 1116A and 1116B provided on both left and right sides of the casing 910. be done. At this time, the pressure at the intermediate position (intermediate pressure) Pm1 is higher than the pressure in the space surrounded by the rotor 921 and the casing 910, so the gas discharged from the intermediate discharge port 915 passes through the cooler 1 , circulating. More specifically, as indicated by an arrow Ge1 in FIG. 42, the gas discharged from the intermediate discharge port 915 is cooled by the cooler 1, and is discharged from the cooling gas introduction port 1116 into the first-stage compression element. is introduced into the region surrounded by the rotor 921 and the casing 910 of the first stage (moving volume Qth1 portion), and then discharged again to the intermediate position between the first stage and the second stage. Therefore, even if a device such as a blower for discharging the gas at the intermediate position is not separately provided, the gas at the intermediate position is always discharged from the intermediate discharge port 915, and the gas cooled by the cooler 1 flows into the first stage compression element. always introduced in As a result, the temperature of the gas discharged from the first-stage compression element decreases, so the gas that has been compressed by the first-stage (low-pressure side) compression element and rises in temperature does not dissipate heat, and the second-stage (high-pressure side) can be prevented from being directly sucked into the compression element of the second stage, and a significant temperature rise of the gas compressed by the second-stage compression element can be suppressed. Similarly, in the present embodiment, the gas present in the intermediate position between the second stage and the third stage is discharged from the intermediate discharge port 917 to the outside of the casing 910, cooled by the cooler 2, and then discharged to the casing 910. The cooling gas is introduced into the second-stage compression element (inside the space surrounded by the rotor 931 and the casing 910) from two cooling gas introduction ports 1118A and 1118B provided on both left and right sides of the . At this time, the pressure at the intermediate position (intermediate pressure) Pm2 is higher than the pressure in the space surrounded by the rotor 931 and the casing 910, so the gas discharged from the intermediate discharge port 917 passes through the cooler 2 , circulating. More specifically, as indicated by an arrow Ge2 in FIG. 42, the gas discharged from the intermediate discharge port 917 is cooled by the cooler 2, and is discharged from the cooling gas introduction port 1118 to the second-stage compression element. is introduced into the area surrounded by the second stage rotor 931 and the casing 910 (moving volume Qth2 portion), and then discharged again to the intermediate position between the second stage and the third stage. Therefore, even if a device such as a blower for discharging the gas at the intermediate position is not separately provided, the gas at the intermediate position is always discharged from the intermediate discharge port 917, and the gas cooled by the cooler 2 is discharged into the second stage compression element. always introduced in As a result, the temperature of the gas discharged from the second stage compression element decreases, so the gas whose temperature has risen due to being compressed by the second stage (low pressure side) compression element does not dissipate heat and the third stage (high pressure side) side) can be prevented from being directly sucked into the compression element of the third stage, and a significant temperature rise of the gas compressed by the third-stage compression element can be suppressed.

さらに、1段目と2段目の間の中間位置の圧力(中間圧力)Pm1が大気圧以上の場合には、圧力差によりガスが中間吐出口915から、より圧力の低い大気に排出され(図42の矢印Ge1および矢印Gd)、中間圧力Pm1が大気圧以下まで下がる。同様に、2段目と3段目の間の中間位置の圧力(中間圧力)Pm2が大気圧以上の場合には、圧力差によりガスが中間吐出口917から、より圧力の低い大気に排出され(図42の矢印Ge2および矢印Gd)、中間圧力Pm2が大気圧以下まで下がる。したがって、2段目および3段目の圧縮要素(ロータ931、941)への吸込圧力が小さくなるため、2段目の吸込圧力Ps2と吸込口911から吸い込まれるガスの圧力(1段目の吸込圧力Ps1)との差ΔP1、および、3段目の吸込圧力Ps3と2段目の吸込圧力Ps2との差ΔP2を小さくすることができる。その結果、ポンプ1100を作動するモータの動力を低減できる。特に、ポンプ1100が吸込口911に向けてガスを引き始めた段階では、中間圧力Pm1、Pm2が大気圧以上になりやすいため、ガスの引き始めの段階において、特に、モータの動力低減効果が高い。 Furthermore, when the pressure (intermediate pressure) Pm1 at the intermediate position between the first stage and the second stage is equal to or higher than the atmospheric pressure, the pressure difference causes the gas to be discharged from the intermediate discharge port 915 to the atmosphere with a lower pressure ( Arrows Ge1 and Gd in FIG. 42), intermediate pressure Pm1 drops below atmospheric pressure. Similarly, when the pressure (intermediate pressure) Pm2 at the intermediate position between the second stage and the third stage is equal to or higher than the atmospheric pressure, the gas is discharged from the intermediate discharge port 917 to the atmosphere with a lower pressure due to the pressure difference. (arrow Ge2 and arrow Gd in FIG. 42), the intermediate pressure Pm2 drops below the atmospheric pressure. Therefore, since the suction pressure to the compression elements (rotors 931, 941) of the second and third stages becomes small, the suction pressure Ps2 of the second stage and the pressure of the gas sucked from the suction port 911 (suction pressure of the first stage) The difference ΔP1 from the pressure Ps1) and the difference ΔP2 between the third-stage suction pressure Ps3 and the second-stage suction pressure Ps2 can be reduced. As a result, the power of the motor that operates the pump 1100 can be reduced. Especially at the stage when the pump 1100 starts to draw gas toward the suction port 911, the intermediate pressures Pm1 and Pm2 are likely to be higher than the atmospheric pressure. .

本実施形態では、第1タイミングギヤ961との間の1-2段間中間ギヤ964の減速比が、第2タイミングギヤ962との間の1-2段間中間ギヤ964の減速比よりも大きくなっている。したがって、ロータ921の回転数N1がロータ931の回転数N2よりも低くなる。また、ロータ921の長さL1がロータ931の長さL2よりも長く、かつ、ロータ921の直径D1がロータ931の直径D2よりも大きい。このような特殊な条件下であっても、上述したように、移動容積比RQ1-2が1より大きくなるようにすることは可能である。 In the present embodiment, the reduction ratio of the 1st-2nd stage intermediate gear 964 between the first timing gear 961 and the 1st-2nd stage intermediate gear 964 is larger than the reduction ratio of the 1st-2nd stage intermediate gear 964 between the second timing gear 962. It's becoming Therefore, the rotation speed N1 of the rotor 921 becomes lower than the rotation speed N2 of the rotor 931. Also, the length L1 of the rotor 921 is longer than the length L2 of the rotor 931 and the diameter D1 of the rotor 921 is larger than the diameter D2 of the rotor 931 . Even under such special conditions, it is possible to make the volumetric displacement ratio R Q1-2 greater than 1 as described above.

また、第2タイミングギヤ962との間の2-3段間中間ギヤ965の減速比が、第3タイミングギヤ963との間の2-3段間中間ギヤ965の減速比よりも大きくなっている。したがって、ロータ931の回転数N2がロータ941の回転数N3よりも低くなる。また、ロータ931の長さL2がロータ941の長さL3よりも長く、かつ、ロータ931の直径D2がロータ941の直径D3よりも大きい。このような特殊な条件下であっても、上述したように、移動容積比RQ2-3が1より大きくなるようにすることは可能である。 In addition, the reduction ratio of the intermediate gear 965 between 2nd and 3rd stages with the second timing gear 962 is larger than the reduction ratio of the intermediate gear 965 between 2nd and 3rd stages with the third timing gear 963. . Therefore, the rotation speed N2 of the rotor 931 becomes lower than the rotation speed N3 of the rotor 941. Also, the length L2 of the rotor 931 is longer than the length L3 of the rotor 941 and the diameter D2 of the rotor 931 is larger than the diameter D3 of the rotor 941 . Even under such special conditions, it is possible to make the volumetric displacement ratio R Q2-3 greater than 1 as described above.

[多段ルーツ式ポンプの用途]
以上、本発明の好適な実施形態として、第1~第11実施形態に係るポンプ100(第1および第2変更例を含む。)、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100の構成および動作について詳細に説明したが、続いて、上記ポンプの好適な用途例について述べる。
[Uses of multi-stage roots pumps]
As described above, the pumps 100 (including the first and second modifications), 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, and 900 according to the first to eleventh embodiments are preferred embodiments of the present invention. , 1000, 1100 have been described in detail, an example of a preferred application of the pump will now be described.

なお、上述した各実施形態の多段ルーツ式ポンプをブロワとして用いた場合の吐出圧力、および、各実施形態の多段ルーツ式ポンプを真空ポンプとして用いた場合の吸込圧力は、例えば、各実施形態の多段ルーツ式ポンプを真空ポンプとして用いた場合、吸込圧力(ゲージ圧)を、最大-80kPa(絶対圧で20kPa)程度とすることができる。また、各実施形態の多段ルーツ式ポンプによる吸込ガス量については、例えば、1~400m/minとすることができる。このような各実施形態の多段ルーツ式ポンプ(ポンプ100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100)の性能を活かせる用途の例として、例えば、以下の用途例が挙げられる。 Note that the discharge pressure when the multistage roots pump of each embodiment described above is used as a blower and the suction pressure when the multistage roots pump of each embodiment is used as a vacuum pump are, for example, When a multi-stage roots pump is used as a vacuum pump, the maximum suction pressure (gauge pressure) can be about -80 kPa (20 kPa in absolute pressure). Further, the amount of gas sucked by the multistage roots pump of each embodiment can be, for example, 1 to 400 m 3 /min. Examples of applications where the performance of the multistage roots pumps (pumps 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) of each embodiment can be utilized include the following applications: Examples include:

(用途例:酸素発生装置)
図43を参照しながら、第1~第11実施形態に係るポンプ100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、ならびに第1および第2変更例に係るポンプ101、102を適用可能な用途の一例について説明する。図43は、酸素発生装置10の全体構成を示している。
(Application example: Oxygen generator)
Referring to FIG. 43, pumps 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100 according to first to eleventh embodiments and pumps according to first and second modifications An example of applications to which 101 and 102 can be applied will be described. FIG. 43 shows the overall configuration of the oxygen generator 10. As shown in FIG.

酸素発生装置10は、吸着剤を使用し,空気中から窒素ガス等を除去して濃度90~93%の酸素ガスを製造する装置である。液体酸素などに比べ安価で安定した酸素が供給できるため、多量の酸素を利用する場面で導入されている。酸素発生装置10としては、PSA(Pressure Swing Adsorption)とVSA(Vacuum Swing Adsorption)の2種類があり、VSA酸素発生装置は起動・停止の切り替えが容易であるため、立上げの複雑な深冷分離に代わる酸素発生装置として活用されている。 The oxygen generator 10 is a device that uses an adsorbent and removes nitrogen gas and the like from the air to produce oxygen gas with a concentration of 90 to 93%. Compared to liquid oxygen, it is cheaper and can supply stable oxygen, so it is introduced in situations where a large amount of oxygen is used. As the oxygen generator 10, there are two types: PSA (Pressure Swing Adsorption) and VSA (Vacuum Swing Adsorption). Since the VSA oxygen generator is easy to switch between start and stop, cryogenic separation, which is complicated to start up, is possible. It is used as an oxygen generator in place of

図43に示すように、酸素発生装置10は、原料空気ブロワ11と、2本の吸着塔12A、12Bと、均圧塔13と、酸素昇圧ブロワ14と、アフタークーラ15と、減圧ポンプ16と、排気サイレンサ17と、バルブスキッド18とを備える。原料である空気は、原料空気ブロワ11により、モレキュラシーブを充填した吸着塔12A、12Bに導かれる。吸着塔12A、12Bは2塔で構成されており、この吸着塔12A、12Bにおいて一定濃度の酸素が連続的に発生する。1塔の吸着塔(例えば、吸着塔12A)で吸着が行われている間に、もう1塔の吸着塔(例えば、吸着塔12B)は再生され、一定時間が経過すると、吸着が行われる塔が切り換えられる。窒素ガスなどの不純物を吸着した吸着剤の再生(脱着)は、吸着塔12A、12B内の圧力を減圧にすることにより行われる。原料の空気から窒素ガスなどの不純物が除去された酸素を主成分とするガスは、均圧塔13に導かれ、一定圧力に調整された後に、酸素昇圧ブロワ14にて昇圧される。昇圧されるとガスの温度が上昇することから、アフタークーラ15にて酸素昇圧ブロワ14から送られたガスを冷却することにより、濃度90~93%の酸素ガスが得られる。アフタークーラ15では、例えば、冷却水を流すことによりガスを冷却する。一方、不純物である窒素ガス等の不純物は、吸着塔12A、12B内で吸着剤から減圧ポンプ16で減圧され脱着した後に、排気サイレンサ17から排気ガスとして排出される。 As shown in FIG. 43, the oxygen generator 10 includes a feed air blower 11, two adsorption towers 12A and 12B, a pressure equalization tower 13, an oxygen booster blower 14, an aftercooler 15, and a decompression pump 16. , an exhaust silencer 17 and a valve skid 18 . Air, which is a raw material, is led by a raw air blower 11 to adsorption towers 12A and 12B filled with molecular sieves. The adsorption towers 12A and 12B are composed of two towers, and oxygen with a constant concentration is continuously generated in the adsorption towers 12A and 12B. While adsorption is being performed in one adsorption tower (e.g., adsorption tower 12A), another adsorption tower (e.g., adsorption tower 12B) is regenerated, and after a certain period of time, adsorption is performed. is switched. Regeneration (desorption) of the adsorbent that has adsorbed impurities such as nitrogen gas is performed by reducing the pressure in the adsorption towers 12A and 12B. The oxygen-based gas from which impurities such as nitrogen gas have been removed from the raw material air is led to the pressure equalizing tower 13 and adjusted to a constant pressure, and then pressurized by the oxygen pressurizing blower 14 . Since the temperature of the gas rises when the pressure is increased, the aftercooler 15 cools the gas sent from the oxygen pressure booster blower 14 to obtain oxygen gas with a concentration of 90 to 93%. The aftercooler 15 cools the gas by flowing cooling water, for example. On the other hand, impurities such as nitrogen gas are discharged from the exhaust silencer 17 as exhaust gas after being decompressed and desorbed by the decompression pump 16 from the adsorbent in the adsorption towers 12A and 12B.

以上のような酸素発生装置10において、例えば、上述した実施形態に係る窒素ガスなどの不純物を吸着した吸着剤の再生(脱着)のため、吸着塔12A、12B内の圧力を大気圧から-80kPaG程度まで短時間に繰り返し減圧行う減圧ポンプ16として、ポンプ100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100などが好適に使用される。 In the oxygen generator 10 as described above, for example, in order to regenerate (desorb) the adsorbent that adsorbs impurities such as nitrogen gas according to the above-described embodiment, the pressure in the adsorption towers 12A and 12B is changed from the atmospheric pressure to −80 kPaG. Pumps 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, etc. are preferably used as the decompression pump 16 that repeatedly decompresses the pressure to a certain extent in a short time.

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述した形態に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で当業者が想到し得る他の形態または各種の変更例についても本発明の技術的範囲に属するものと理解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, the present invention is not limited to the above-described embodiments. That is, it is understood that other forms or various modifications that can be conceived by those skilled in the art within the scope of the invention described in the claims also belong to the technical scope of the present invention.

例えば、上述した形態においては、立て形の多段ルーツ式ポンプの場合について説明したが、本発明に係る多段ルーツ式ポンプは、横形の多段ルーツ式ポンプであってもよい。 For example, in the above embodiment, a case of a vertical multi-stage roots pump has been described, but the multi-stage roots pump according to the present invention may be a horizontal multi-stage roots pump.

また、上述した形態においては、2段ルーツ式ポンプおよび3段ルーツ式ポンプの場合について説明したが、本発明に係る多段ルーツ式ポンプは、4段以上の圧縮要素を備える多段ルーツ式ポンプであってもよい。 Further, in the above embodiment, the two-stage Roots-type pump and the three-stage Roots-type pump have been described, but the multi-stage Roots-type pump according to the present invention is a multi-stage Roots-type pump having four or more stages of compression elements. may

また、上述した形態においては、圧縮要素が二葉ロータおよび三葉ロータを有する場合について説明したが、本発明に係る多段ルーツ式ポンプでは、圧縮要素が四葉以上のロータを有する多段ルーツ式ポンプであってもよい。なお、四葉ロータは、例えば、コンプレッサ等に用いることができる。 Further, in the above embodiment, the case where the compression element has a two-lobe rotor and a three-lobe rotor has been described, but in the multi-stage roots pump according to the present invention, the compression element is a multi-stage roots pump having rotors of four or more lobes. may The four-leaf rotor can be used, for example, in compressors and the like.

また、上述した形態においては、全ての隣接する圧縮要素間の移動容積比Rが1より大きい場合について説明したが、本発明に係る多段ルーツ式ポンプが、3段以上の多段ルーツ式ポンプである場合には、一部の圧縮要素間において移動容積比Rが1より大きければよく、残りの隣接する圧縮要素間では、移動容積比Rが1(低圧側の移動容積と高圧側の移動容積が等しい)であってもよい。 Further, in the above embodiment, the case where the moving volume ratio R Q between all adjacent compression elements is greater than 1 has been described, but the multi-stage roots type pump according to the present invention is a multi-stage roots type pump with three or more stages. In some cases, the moving volume ratio R Q may be greater than 1 between some of the compression elements, and between the remaining adjacent compression elements, the moving volume ratio R Q may be 1 (the moving volume on the low pressure side and the moving volume on the high pressure side equal movement volumes).

また、上述した形態においては、隣接する圧縮要素間のロータの回転数比により移動容積比Rを1以上とする際に、隣接する圧縮要素に含まれるロータの長さおよび直径を同一とした場合について説明したが、移動容積比Rが1以上という要件を満たせば、本発明に係る多段ルーツ式ポンプでは、必ずしも、隣接する圧縮要素に含まれるロータの長さおよび直径が同一でなくてもよい。すなわち、移動容積比Rが1以上という要件を満たせば、ロータのサイズ(長さ、直径等)は、特に制限されない。 Further, in the above embodiment, the length and diameter of the rotors included in the adjacent compression elements are set to be the same when the movement volume ratio RQ is set to 1 or more by the rotation speed ratio of the rotors between the adjacent compression elements. Although the case has been described, if the requirement that the moving volume ratio RQ is 1 or more is satisfied, the length and diameter of the rotors included in adjacent compression elements are not necessarily the same in the multi-stage roots pump according to the present invention. good too. In other words, the size (length, diameter, etc.) of the rotor is not particularly limited as long as it satisfies the requirement that the moving volume ratio RQ is 1 or more.

また、上述した形態においては、隣接する圧縮要素間のロータの長さを変えることにより移動容積比Rを1以上とする際に、隣接する圧縮要素のそれぞれのロータの回転数を同一とした場合について説明したが、移動容積比Rが1以上という要件を満たせば、本発明に係る多段ルーツ式ポンプでは、必ずしも、隣接する圧縮要素のそれぞれのロータの回転数が同一でなくてもよい。 Further, in the above embodiment, when changing the length of the rotors between the adjacent compression elements so that the moving volume ratio RQ is 1 or more, the rotation speeds of the rotors of the adjacent compression elements are set to be the same. Although the case has been described, as long as the requirement that the moving volume ratio R Q is 1 or more is satisfied, in the multi-stage roots pump according to the present invention, the rotation speeds of the rotors of adjacent compression elements may not necessarily be the same. .

また、上述した第2実施形態では、1段目のロータの回転数と2段目のロータの回転数が等しく、1段目のロータの直径と2段目のロータの直径が等しく、かつ、1段目のロータの長さが2段目のロータの長さよりも長い例を挙げた。さらに、第3実施形態では、1段目のロータの回転数と2段目のロータの回転数が等しく、1段目のロータの長さと2段目のロータの長さが等しく、かつ、1段目のロータの直径が2段目のロータの直径よりも大きい例を挙げた。しかし、これらの例に限られず、本発明には、例えば、1段目のロータの回転数と2段目のロータの回転数が等しく、1段目のロータの長さが2段目のロータの長さより長く、かつ、1段目のロータの直径が2段目のロータの直径よりも大きい例も含まれる。 Further, in the above-described second embodiment, the number of rotations of the rotor in the first stage and the number of rotations of the rotor in the second stage are equal, the diameter of the rotor in the first stage is equal to the diameter of the rotor in the second stage, and An example in which the length of the rotor in the first stage is longer than the length of the rotor in the second stage has been given. Furthermore, in the third embodiment, the number of rotations of the rotor in the first stage and the number of rotations of the rotor in the second stage are equal, the length of the rotor in the first stage and the length of the rotor in the second stage are equal, and An example is given in which the diameter of the rotor in the first stage is larger than the diameter of the rotor in the second stage. However, the present invention is not limited to these examples. and the diameter of the rotor in the first stage is larger than that of the rotor in the second stage.

また、上述した第10および第11実施形態では、それぞれ、第6および第9実施形態に冷却機構を設けた場合を例示して説明したが、例えば、第7または第8実施形態に冷却機構を設けた場合も本発明に含まれる。 Further, in the tenth and eleventh embodiments described above, the case where the cooling mechanism is provided in the sixth and ninth embodiments, respectively, has been exemplified and explained. The present invention also includes the case where it is provided.

次に、本発明を実施例および比較例により、さらに具体的に説明するが、本発明は、これらの例によって何ら限定されるものではない。以下の実施例では、上述した第6~第8実施形態の全軸動力の改善効果について検証した。 [EXAMPLES] Next, although an Example and a comparative example demonstrate this invention still more concretely, this invention is not limited at all by these examples. In the following examples, the effect of improving the all-axis power of the sixth to eighth embodiments described above was verified.

表1に示す実施例6-1~6-3、7-1~7-3、8-1~8-3および比較例1の2段ルーツ式ポンプによる全軸動力を計算した。なお、実施例6-1~6-3は、上述したポンプ600の構成を有するポンプの実施例である。また、実施例7-1~7-3は、上述したポンプ700の構成を有するポンプの実施例である。また、実施例8-1~8-3は、上述したポンプ800の構成を有するポンプの実施例である。また、比較例1は、上述したポンプ100から冷却器1、逆止弁3、中間吐出口115、冷却ガス導入口116および冷却ガス導入口117を除いた構成を有するポンプの実施例である。計算条件としては、以下の(a)~(c)とした。
(a)いずれの実施例および比較例においても、1-2段間の移動容積比(=1段目の移動容積Qth1/2段目の移動容積Qth2)は、1.8とした。
(b)いずれの実施例および比較例においても、1段目のロータの直径、長さおよび回転数は、同一とした。なお、1段目の回転数は1000rpmとした。
(c)2段目のロータの直径、長さおよび回転数は、以下の表1に示す条件とした。
All shaft powers of the two-stage roots pumps of Examples 6-1 to 6-3, 7-1 to 7-3, 8-1 to 8-3 and Comparative Example 1 shown in Table 1 were calculated. Examples 6-1 to 6-3 are examples of pumps having the configuration of the pump 600 described above. Examples 7-1 to 7-3 are examples of pumps having the configuration of the pump 700 described above. Examples 8-1 to 8-3 are examples of pumps having the configuration of the pump 800 described above. Comparative Example 1 is an example of a pump having a configuration in which cooler 1, check valve 3, intermediate discharge port 115, cooling gas inlet 116, and cooling gas inlet 117 are removed from pump 100 described above. The following (a) to (c) were used as calculation conditions.
(a) In any of the examples and comparative examples, the ratio of the volume transferred between the first stage and the second stage (=moved volume Qth1 of the first stage/moved volume Qth2 of the second stage) was set to 1.8.
(b) The diameter, length, and number of rotations of the first-stage rotor were the same in all the examples and comparative examples. Note that the rotation speed of the first stage was set to 1000 rpm.
(c) The conditions shown in Table 1 below were used for the diameter, length and number of revolutions of the second stage rotor.

Figure 0007179315000019
Figure 0007179315000019

表1において、ロータ回転数比とは、1段目のロータの回転数に対する2段目のロータの回転数の比率であり、ロータ直径比とは、1段目のロータの直径に対する2段目のロータの直径の比率であり、ロータ長さ比とは、1段目のロータの長さに対する2段目のロータの長さの比率である。例えば、比較例1は、2段目のロータの回転数が1段目のロータの回転数よりも低く、1段目のロータの直径と2段目のロータの直径が等しく、かつ、1段目のロータの長さと2段目のロータの長さが等しい例である。また、実施例6-1~6-3は、2段目のロータの回転数が1段目のロータの回転数よりも高く、1段目のロータの直径よりも2段目のロータの直径の方が小さく、かつ、1段目のロータの長さよりも2段目のロータの長さの方が短い例である。また、実施例7-1~7-3は、2段目のロータの回転数が1段目のロータの回転数よりも高く、1段目のロータの直径と2段目のロータの直径が等しく、かつ、1段目のロータの長さよりも2段目のロータの長さの方が短い例である。また、実施例8-1~8-3は、2段目のロータの回転数が1段目のロータの回転数よりも高く、1段目のロータの直径よりも2段目のロータの直径の方が小さく、かつ、1段目のロータの長さと2段目のロータの長さが等しい例である。 In Table 1, the rotor rotation speed ratio is the ratio of the rotation speed of the second-stage rotor to the rotation speed of the first-stage rotor, and the rotor diameter ratio is the diameter of the second-stage rotor to the diameter of the first-stage rotor. The rotor length ratio is the ratio of the length of the second stage rotor to the length of the first stage rotor. For example, in Comparative Example 1, the rotation speed of the rotor in the second stage is lower than that of the rotor in the first stage, the diameter of the rotor in the first stage is equal to the diameter of the rotor in the second stage, and the rotor in the first stage In this example, the length of the first rotor is equal to the length of the rotor of the second stage. Further, in Examples 6-1 to 6-3, the rotation speed of the rotor in the second stage is higher than the rotation speed of the rotor in the first stage, and the diameter of the rotor in the second stage is higher than the diameter of the rotor in the first stage. is smaller, and the length of the rotor in the second stage is shorter than the length of the rotor in the first stage. Further, in Examples 7-1 to 7-3, the rotation speed of the rotor in the second stage is higher than that of the rotor in the first stage, and the diameter of the rotor in the first stage and the diameter of the rotor in the second stage are different. In this example, the length of the rotor in the second stage is equal and shorter than the length of the rotor in the first stage. Further, in Examples 8-1 to 8-3, the rotation speed of the rotor in the second stage is higher than the rotation speed of the rotor in the first stage, and the diameter of the rotor in the second stage is higher than the diameter of the rotor in the first stage. is smaller, and the length of the rotor in the first stage is equal to the length of the rotor in the second stage.

各実施例および比較例における1段目の圧縮要素の軸動力Lth1(kW)は、以下の式(A)により計算した。
Lth1(kW)=(1.667/100)×Qth1(m/min)×ΔP1(kPa) ・・・(A)
The shaft power Lth1 (kW) of the first-stage compression element in each example and comparative example was calculated by the following formula (A).
Lth1 (kW)=(1.667/100)×Qth1 (m 3 /min)×ΔP1 (kPa) (A)

また、各実施例および比較例における2段目の圧縮要素の軸動力Lth2(kW)は、以下の式(B)により計算した。
Lth2(kW)=(1.667/100)×Qth2(m/min)×ΔP2(kPa) ・・・(B)
Further, the axial power Lth2 (kW) of the second-stage compression element in each example and comparative example was calculated by the following formula (B).
Lth2 (kW)=(1.667/100)×Qth2 (m 3 /min)×ΔP2 (kPa) (B)

ただし、上記式(A)および式(B)において、Qth1およびQth2は、それぞれ、1段目および2段目の圧縮要素の移動容積(m/min)であり、ΔP1は、漏れ風量を考慮した2段目の圧縮要素への吸込圧力から、1段目の圧縮要素への吸込圧力を減じた差圧(kPa abs.)であり、ΔP2は、2段目の圧縮要素からの吐出圧力から、漏れ風量を考慮した2段目の圧縮要素への吸込圧力を減じた差圧(kPa abs.)である。 However, in the above formulas (A) and (B), Qth1 and Qth2 are the displacement volumes (m 3 /min) of the first and second stage compression elements, respectively, and ΔP1 is the leakage air volume. is the differential pressure (kPa abs.) obtained by subtracting the suction pressure to the first stage compression element from the suction pressure to the second stage compression element, and ΔP2 is the discharge pressure from the second stage compression element , is the differential pressure (kPa abs.) obtained by subtracting the suction pressure to the second-stage compression element in consideration of the leakage air volume.

さらに、上記式(A)および式(B)で求めた軸動力Lth1、Lth2から、ポンプ全体における全軸動力Lth(kW)を以下の式(C)により算出した。
Lth(kW)=Lth1(kW)+Lth2(kW) ・・・(C)
Further, from the shaft powers Lth1 and Lth2 determined by the above formulas (A) and (B), the total shaft power Lth (kW) of the entire pump was calculated by the following formula (C).
Lth (kW) = Lth1 (kW) + Lth2 (kW) (C)

また、各実施例および比較例における全軸動力(kW)は、1段目の圧縮要素への吸込圧力(kPa abs.)を10kPa、20kPa、30kPa、40kPaおよび50kPaとした場合について、それぞれ計算した。このときの2段目の圧縮要素への吸込圧力(kPa abs.)の理論値は、上述したように、移動容積比が1.8である(したがって、1段目の圧縮要素の圧力比は1.8である)ことから、それぞれ、18kPa、36kPa、54kPa、72kPaおよび90kPaとなる。以上のようにして計算した全軸動力(kW)を表2に示す。また、比較例1の全軸動力に対する各実施例の全軸動力の低下率(%)を表3に示す。 Further, the total shaft power (kW) in each example and comparative example was calculated for each case where the suction pressure (kPa abs.) to the first stage compression element was 10 kPa, 20 kPa, 30 kPa, 40 kPa and 50 kPa. . The theoretical value of the suction pressure (kPa abs.) to the second stage compression element at this time is, as described above, a moving volume ratio of 1.8 (therefore, the pressure ratio of the first stage compression element is 1.8), resulting in 18 kPa, 36 kPa, 54 kPa, 72 kPa and 90 kPa, respectively. Table 2 shows the all-shaft power (kW) calculated as described above. Table 3 shows the rate of decrease (%) of the all-shaft power of each example with respect to the all-shaft power of Comparative Example 1.

また、各実施例と比較例1とで、全軸動力(kW)を比較したグラフを図46~48に示す。 46 to 48 show graphs comparing all-axis power (kW) between each example and Comparative Example 1. FIG.

Figure 0007179315000020
Figure 0007179315000020

Figure 0007179315000021
Figure 0007179315000021

表2、表3および図46~図48に示すように、全軸動力に関しては、全ての実施例のポンプにおいて、比較例1のポンプよりも軸動力が低減できることがわかった。2段目のロータの直径を1段目のロータよりも小さく、または、2段目のロータの長さを1段目のロータよりも短くすることにより、漏れ面積が小さくなるため、2段目の圧縮要素における漏れ量を減少させることができる。2段目の漏れ量が減少すると、2段目の圧縮要素への吸込圧力が低下し、1段目の圧縮要素への吸込圧力との差圧が小さくなるため、1段目の軸動力を低減させることができる。一方で、上述したように、2段目の軸動力は上昇するが、移動容積の大きい1段目の軸動力の低減効果が大きいため、全軸動力(1段目の軸動力と2段目の軸動力の合計)も低減する。このようなことが、本実施例において実証された。 As shown in Tables 2 and 3 and FIGS. 46 to 48, it was found that the shaft power of all the example pumps can be reduced more than the pump of comparative example 1 with respect to the total shaft power. By making the diameter of the rotor of the second stage smaller than that of the rotor of the first stage or the length of the rotor of the second stage shorter than that of the rotor of the first stage, the leakage area becomes smaller. can reduce the amount of leakage in the compression element of When the second-stage leakage amount decreases, the suction pressure to the second-stage compression element decreases, and the differential pressure from the suction pressure to the first-stage compression element decreases. can be reduced. On the other hand, as described above, although the axial power of the second stage increases, the effect of reducing the axial power of the first stage, which has a large moving volume, is large. (total shaft power) is also reduced. This was demonstrated in this example.

また、全ての実施例において、2段目のロータの回転数を上げるほど(ロータ回転数比を上げるほど)全軸動力が低下していた。さらに、全軸動力の低減効果としては、第6実施形態に対応する実施例6-1~6-3の低減効果が、第7実施形態に対応する実施例7-1~7-3および第8実施形態に対応する実施例8-1~8-3よりも大きかった。例えば、1段目の吸込圧力が20kPa abs.(ゲージ圧で約-80kPa G)の場合には、軸動力が比較例1よりも最大で約10%低下していた(実施例6-3)。 Further, in all the examples, the power of all shafts decreased as the rotation speed of the second-stage rotor was increased (as the rotor rotation speed ratio was increased). Furthermore, as for the reduction effect of all-axis power, the reduction effect of Examples 6-1 to 6-3 corresponding to the sixth embodiment is greater than that of Examples 7-1 to 7-3 and 7-3 corresponding to the seventh embodiment. It was larger than Examples 8-1 to 8-3 corresponding to the eight embodiments. For example, if the first stage suction pressure is 20 kPa abs. In the case of (approximately −80 kPa G in gauge pressure), the shaft power was reduced by approximately 10% at maximum compared to Comparative Example 1 (Example 6-3).

100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100 多段ルーツ式ポンプ
110、210、310、410、510、610、710、810、910、101、1110 ケーシング
111、211、311、411、511、611、711、811、911、1011、1111 吸込口
113、213、313、413、513、613、713、813、913、1013、1113 吐出口
115、215、315、415、417、515、517、615、715、815、915、917、1015、1115、1117 中間吐出口
116、216、316、416、418、516、518、616、716、816、916、918、1016、1116、1118 中間逆流冷却ガス導入口
117、217、317、419、519、617、717、817、919、1017、1119 逆流冷却ガス導入口
121、131、141、151、221、231、321、331、421、431、441、521、531、541、621、631、721、731、821、831、921、931、941 ロータ
122、132、142、152、222、232、322、332、422、432、442、522、532、542、622、632、722、732、822、832、922、932、942 回転軸
161、261、361、461、561、661、761、861、961 第1タイミングギヤ
162、262、362、462、562、662、762、862、962 第2タイミングギヤ
265、365 共通駆動ギヤ
463、563、963 第3タイミングギヤ
165、265、365、464、564、665、765、865 第1駆動ギヤ
166、366、465、565、666、766、866 第2駆動ギヤ
466、567 第3駆動ギヤ
964 1-2段間中間ギヤ
566、965 2-3段間中間ギヤ
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100 Multistage roots pump 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910, 101, 1110 Casing 111, 211 , 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911, 1011, 1111 Suction port 113, 213, 313, 413, 513, 613, 713, 813, 913, 1013, 1113 Discharge port 115, 215, 315, 415 , 417, 515, 517, 615, 715, 815, 915, 917, 1015, 1115, 1117 Intermediate outlet 116, 216, 316, 416, 418, 516, 518, 616, 716, 816, 916, 918, 1016 , 1116, 1118 Intermediate backflow cooling gas inlets 117, 217, 317, 419, 519, 617, 717, 817, 919, 1017, 1119 Backflow cooling gas inlets 121, 131, 141, 151, 221, 231, 321, 331, 421, 431, 441, 521, 531, 541, 621, 631, 721, 731, 821, 831, 921, 931, 941 Rotor 122, 132, 142, 152, 222, 232, 322, 332, 422, 432, 442, 522, 532, 542, 622, 632, 722, 732, 822, 832, 922, 932, 942 Rotating shaft 161, 261, 361, 461, 561, 661, 761, 861, 961 First timing gear 162, 262, 362, 462, 562, 662, 762, 862, 962 Second timing gear 265, 365 Common drive gear 463, 563, 963 Third timing gear 165, 265, 365, 464, 564, 665, 765, 865 1st drive gear 166, 366, 465, 565, 666, 766, 866 2nd drive gear 466, 567 3rd drive gear 964 Intermediate gear between 1st and 2nd stage 566, 965 Intermediate gear between 2nd and 3rd stage

Claims (17)

互いに反対方向に回転可能な1対のロータと、前記1対のロータのそれぞれを回転可能に支持する2本の回転軸と、をそれぞれ独立に有する複数段の圧縮要素と、
ガスの吸込口および吐出口が設けられ、同じ段の前記圧縮要素が有する2本の前記回転軸を含む平面の法線方向に沿って複数段の前記圧縮要素が並列配置されるように前記圧縮要素を収容するケーシングと、
前記ケーシングに設けられ、隣接して配置された低圧側の前記圧縮要素と高圧側の前記圧縮要素との間に存在するガスを外部に吐出する少なくとも1つの中間吐出口と、
前記ケーシングの外部に設けられ、前記中間吐出口から排出されたガスを冷却する冷却部と、
前記ケーシングに設けられ、前記冷却部により冷却されたガスを前記中間吐出口よりも低圧側の前記圧縮要素内に導入する第1冷却ガス導入口と、
を備え、
下記式(1):
=Qth/Qth ・・・(1)
(ただし、式(1)において、Qthは、隣接する2つの前記圧縮要素のうち低圧側の前記圧縮要素の移動容積であり、Qthは、隣接する2つの前記圧縮要素のうち高圧側の前記圧縮要素の移動容積である。)
で表される移動容積比Rが1以上であり、かつ、並列に配置された複数段の前記圧縮要素のうち、少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において移動容積比Rが1より大きい、多段ルーツ式ポンプ。
a plurality of stages of compression elements each independently having a pair of rotors rotatable in directions opposite to each other and two rotating shafts rotatably supporting each of the pair of rotors;
A gas suction port and a gas discharge port are provided, and the compression elements are arranged in parallel along the normal direction of a plane containing the two rotation axes of the compression elements of the same stage. a casing housing the element;
at least one intermediate discharge port provided in the casing for discharging gas existing between the low-pressure side compression element and the high-pressure side compression element that are adjacent to each other;
a cooling unit provided outside the casing for cooling the gas discharged from the intermediate discharge port;
a first cooling gas introduction port provided in the casing for introducing gas cooled by the cooling section into the compression element on the lower pressure side than the intermediate discharge port;
with
Formula (1) below:
RQ = QthL / QthH (1)
(However, in formula (1), Qth L is the movement volume of the compression element on the low pressure side of the two adjacent compression elements, and Qth H is the displacement of the compression element on the high pressure side of the two adjacent compression elements. is the displacement volume of the compression element.)
The moving volume ratio R Q is 1 or more, and the moving volume ratio R Q is greater than 1 between at least one adjacent compression element among the plurality of stages of compression elements arranged in parallel. , multi-stage roots type pump.
前記ロータを回転駆動する駆動機構をさらに備え、
前記駆動機構は、少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において、低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの回転数を、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの回転数よりも高くする、請求項1に記載の多段ルーツ式ポンプ。
further comprising a drive mechanism that rotationally drives the rotor,
2. The drive mechanism, between at least one adjacent compression element, makes the rotation speed of the rotor in the compression element on the low pressure side higher than the rotation speed of the rotor in the compression element on the high pressure side. A multi-stage roots pump as described in .
少なくとも1つの前記圧縮要素における前記1対のロータの長さおよび直径が、並列配置された他の前記圧縮要素における前記1対のロータの長さおよび直径と同一である、請求項2に記載の多段ルーツ式ポンプ。 3. The method of claim 2, wherein the length and diameter of the pair of rotors in at least one of the compression elements is the same as the length and diameter of the pair of rotors in another of the compression elements arranged side by side. Multi-stage roots type pump. 前記圧縮要素の数が2つであり、
前記駆動機構が、
1段目の2本の前記回転軸の軸端に互いに噛み合うように設けられる1対の第1タイミングギヤと、
2段目の2本の前記回転軸の軸端に互いに噛み合うように設けられる1対の第2タイミングギヤと、
1対の前記第1タイミングギヤのうち一方の前記第1タイミングギヤと噛み合う第1駆動ギヤと、
1対の前記第2タイミングギヤのうち一方の前記第2タイミングギヤと噛み合う第2駆動ギヤと、
前記第1駆動ギヤと前記第2駆動ギヤとを回転可能に支持する単一の駆動軸と、
を有し、
1段目の前記ロータの回転数が2段目の前記ロータの回転数より高くなるように、前記第1駆動ギヤおよび前記第2駆動ギヤの歯数が設定される、請求項2または3に記載の多段ルーツ式ポンプ。
The number of compression elements is two,
The drive mechanism
a pair of first timing gears provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts of the first stage;
a pair of second timing gears provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts of the second stage;
a first drive gear meshing with one of the pair of first timing gears;
a second driving gear that meshes with one of the pair of second timing gears;
a single drive shaft rotatably supporting the first drive gear and the second drive gear;
has
4. The number of teeth of said first drive gear and said second drive gear are set so that the number of rotations of said rotor in the first stage is higher than the number of rotations of said rotor in the second stage. A multi-stage roots pump as described.
少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において、低圧側の前記圧縮要素における前記ロータと高圧側の前記圧縮要素における前記ロータとが、以下の条件(A)と条件(B)の少なくともいずれか一方を満足する、請求項1に記載の多段ルーツ式ポンプ。
(A)低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの長さが、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの長さよりも長い。
(B)低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの直径が、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの直径よりも大きい。
Between at least one adjacent compression element, the rotor in the compression element on the low pressure side and the rotor in the compression element on the high pressure side satisfy at least one of the following conditions (A) and (B): A multi-stage roots pump according to claim 1.
(A) The length of the rotor in the compression element on the low pressure side is longer than the length of the rotor in the compression element on the high pressure side.
(B) the diameter of the rotor in the compression element on the low pressure side is larger than the diameter of the rotor in the compression element on the high pressure side;
前記ロータを回転駆動する駆動機構をさらに備え、
前記駆動機構は、低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの回転数を、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの回転数と同一にする、請求項5に記載の多段ルーツ式ポンプ。
further comprising a drive mechanism that rotationally drives the rotor,
6. A multi-stage roots pump according to claim 5, wherein said drive mechanism makes the number of rotations of said rotor in said compression element on the low pressure side the same as the number of rotations of said rotor in said compression element on the high pressure side.
前記圧縮要素の数が2つであり、
前記駆動機構が、
1段目の2本の前記回転軸の軸端に互いに噛み合うように設けられる1対の第1タイミングギヤと、
2段目の2本の前記回転軸の軸端に互いに噛み合うように設けられる1対の第2タイミングギヤと、
1対の前記第1タイミングギヤのうち一方の前記第1タイミングギヤと、1対の前記第2タイミングギヤのうち一方の前記第2タイミングギヤの両方と噛み合う共通駆動ギヤと、
前記共通駆動ギヤを回転可能に支持する駆動軸と、を有し、
1段目の前記圧縮要素における前記ロータと2段目の前記圧縮要素における前記ロータとが、以下の条件(A)と条件(B)の少なくともいずれか一方を満足する、請求項6に記載の多段ルーツ式ポンプ。
(A)1段目の前記圧縮要素における前記ロータの長さが、2段目の前記圧縮要素における前記ロータの長さよりも長い。
(B)1段目の前記圧縮要素における前記ロータの直径が、2段目の前記圧縮要素における前記ロータの直径よりも大きい。
The number of compression elements is two,
The drive mechanism
a pair of first timing gears provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts of the first stage;
a pair of second timing gears provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts of the second stage;
a common drive gear that meshes with both the first timing gear of the pair of first timing gears and the second timing gear of the pair of second timing gears;
a drive shaft that rotatably supports the common drive gear;
7. The rotor according to claim 6, wherein the rotor in the first-stage compression element and the rotor in the second-stage compression element satisfy at least one of the following conditions (A) and (B): Multi-stage roots type pump.
(A) The length of the rotor in the compression element of the first stage is longer than the length of the rotor in the compression element of the second stage.
(B) The diameter of the rotor in the compression element of the first stage is larger than the diameter of the rotor in the compression element of the second stage.
前記ロータを回転駆動する駆動機構をさらに備え、
前記駆動機構は、少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの回転数を、低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの回転数よりも高くし、かつ、
少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において、
低圧側の前記圧縮要素における前記ロータと高圧側の前記圧縮要素における前記ロータとが、以下の条件(A)と条件(B)の少なくともいずれか一方を満足する、請求項1に記載の多段ルーツ式ポンプ。
(A)低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの長さが、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの長さよりも長い。
(B)低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの直径が、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの直径よりも大きい。
further comprising a drive mechanism that rotationally drives the rotor,
The drive mechanism makes the rotation speed of the rotor in the compression element on the high pressure side higher than the rotation speed of the rotor in the compression element on the low pressure side between at least one of the adjacent compression elements, and
between at least one adjacent compression element;
2. The multistage roots according to claim 1, wherein the rotor in the compression element on the low pressure side and the rotor in the compression element on the high pressure side satisfy at least one of the following conditions (A) and (B): formula pump.
(A) The length of the rotor in the compression element on the low pressure side is longer than the length of the rotor in the compression element on the high pressure side.
(B) the diameter of the rotor in the compression element on the low pressure side is larger than the diameter of the rotor in the compression element on the high pressure side;
少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において、低圧側の前記圧縮要素における前記ロータと高圧側の前記圧縮要素における前記ロータとが、前記条件(A)と前記条件(B)の両方を満足する、請求項8に記載の多段ルーツ式ポンプ。 Between at least one adjacent compression element, the rotor in the compression element on the low pressure side and the rotor in the compression element on the high pressure side satisfy both the condition (A) and the condition (B). 9. A multi-stage roots pump according to claim 8. 前記圧縮要素の数が2つであり、
前記駆動機構が、
1段目の2本の前記回転軸の軸端に互いに噛み合うように設けられる1対の第1タイミングギヤと、
2段目の2本の前記回転軸の軸端に互いに噛み合うように設けられる1対の第2タイミングギヤと、
1対の前記第1タイミングギヤのうち一方の前記第1タイミングギヤと噛み合う第1駆動ギヤと、
1対の前記第2タイミングギヤのうち一方の前記第2タイミングギヤと噛み合う第2駆動ギヤと、
前記第1駆動ギヤと前記第2駆動ギヤとを回転可能に支持する単一の駆動軸と、
を有し、
2段目の前記ロータの回転数が1段目の前記ロータの回転数より高くなるように、前記第1駆動ギヤおよび前記第2駆動ギヤの歯数が設定される、請求項8または9に記載の多段ルーツ式ポンプ。
The number of compression elements is two,
The drive mechanism
a pair of first timing gears provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts of the first stage;
a pair of second timing gears provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts of the second stage;
a first drive gear meshing with one of the pair of first timing gears;
a second driving gear that meshes with one of the pair of second timing gears;
a single drive shaft rotatably supporting the first drive gear and the second drive gear;
has
10. The number of teeth of said first drive gear and said second drive gear are set so that the number of rotations of said rotor in the second stage is higher than the number of rotations of said rotor in the first stage. A multi-stage roots pump as described.
互いに反対方向に回転可能な1対のロータと、前記1対のロータのそれぞれを回転可能に支持する2本の回転軸と、をそれぞれ独立に有する複数段の圧縮要素と、
ガスの吸込口および吐出口が設けられ、同じ段の前記圧縮要素が有する2本の前記回転軸を含む平面の法線方向に沿って複数段の前記圧縮要素が並列配置されるように前記圧縮要素を収容するケーシングと、
前記ロータを回転駆動する駆動機構と、
を備え、
下記式(1):
=Qth/Qth ・・・(1)
(ただし、式(1)において、Qthは、隣接する2つの前記圧縮要素のうち低圧側の前記圧縮要素の移動容積であり、Qthは、隣接する2つの前記圧縮要素のうち高圧側の前記圧縮要素の移動容積である。)
で表される移動容積比Rが1以上であり、かつ、並列に配置された複数段の前記圧縮要素のうち、少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において移動容積比Rが1より大きく、
前記駆動機構は、少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの回転数を、低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの回転数よりも高くし、かつ、
少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において、低圧側の前記圧縮要素における前記ロータと高圧側の前記圧縮要素における前記ロータとが、以下の条件(A)と条件(B)の少なくともいずれか一方を満足する、多段ルーツ式ポンプ。
(A)低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの長さが、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの長さよりも長い。
(B)低圧側の前記圧縮要素における前記ロータの直径が、高圧側の前記圧縮要素における前記ロータの直径よりも大きい。
a plurality of stages of compression elements each independently having a pair of rotors rotatable in directions opposite to each other and two rotating shafts rotatably supporting each of the pair of rotors;
A gas suction port and a gas discharge port are provided, and the compression elements are arranged in parallel along the normal direction of a plane containing the two rotation axes of the compression elements of the same stage. a casing housing the element;
a drive mechanism that drives the rotor to rotate;
with
Formula (1) below:
RQ = QthL / QthH (1)
(However, in formula (1), Qth L is the movement volume of the compression element on the low pressure side of the two adjacent compression elements, and Qth H is the displacement of the compression element on the high pressure side of the two adjacent compression elements. is the displacement volume of the compression element.)
The moving volume ratio R Q is 1 or more, and the moving volume ratio R Q is greater than 1 between at least one adjacent compression element among the plurality of stages of compression elements arranged in parallel. ,
The drive mechanism makes the rotation speed of the rotor in the compression element on the high pressure side higher than the rotation speed of the rotor in the compression element on the low pressure side between at least one of the adjacent compression elements, and
Between at least one adjacent compression element, the rotor in the compression element on the low pressure side and the rotor in the compression element on the high pressure side satisfy at least one of the following conditions (A) and (B): Satisfying, multi-stage roots pump.
(A) The length of the rotor in the compression element on the low pressure side is longer than the length of the rotor in the compression element on the high pressure side.
(B) the diameter of the rotor in the compression element on the low pressure side is larger than the diameter of the rotor in the compression element on the high pressure side;
少なくとも1つの隣接する前記圧縮要素間において、低圧側の前記圧縮要素における前記ロータと高圧側の前記圧縮要素における前記ロータとが、前記条件(A)と前記条件(B)の両方を満足する、請求項11に記載の多段ルーツ式ポンプ。 Between at least one adjacent compression element, the rotor in the compression element on the low pressure side and the rotor in the compression element on the high pressure side satisfy both the condition (A) and the condition (B). 12. The multi-stage roots pump of claim 11. 前記圧縮要素の数が2つであり、
前記駆動機構が、
1段目の2本の前記回転軸の軸端に互いに噛み合うように設けられる1対の第1タイミングギヤと、
2段目の2本の前記回転軸の軸端に互いに噛み合うように設けられる1対の第2タイミングギヤと、
1対の前記第1タイミングギヤのうち一方の前記第1タイミングギヤと噛み合う第1駆動ギヤと、
1対の前記第2タイミングギヤのうち一方の前記第2タイミングギヤと噛み合う第2駆動ギヤと、
前記第1駆動ギヤと前記第2駆動ギヤとを回転可能に支持する単一の駆動軸と、
を有し、
2段目の前記ロータの回転数が1段目の前記ロータの回転数より高くなるように、前記第1駆動ギヤおよび前記第2駆動ギヤの歯数が設定される、請求項11または12に記載の多段ルーツ式ポンプ。
The number of compression elements is two,
The drive mechanism
a pair of first timing gears provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts of the first stage;
a pair of second timing gears provided so as to mesh with each other at the shaft ends of the two rotating shafts of the second stage;
a first drive gear meshing with one of the pair of first timing gears;
a second driving gear that meshes with one of the pair of second timing gears;
a single drive shaft rotatably supporting the first drive gear and the second drive gear;
has
13. The number of teeth of said first drive gear and said second drive gear is set so that the number of rotations of said rotor in the second stage is higher than the number of rotations of said rotor in the first stage. A multi-stage roots pump as described.
前記ケーシングが、隣接して配置された低圧側の前記圧縮要素と高圧側の前記圧縮要素の間に存在するガスを外部に吐出する少なくとも1つの中間吐出口をさらに有する、請求項11~13のいずれか一項に記載の多段ルーツ式ポンプ。 The casing of claims 11 to 13, further comprising at least one intermediate discharge port for discharging gas existing between the low-pressure side compression element and the high-pressure side compression element that are adjacently arranged to the outside. A multi-stage roots pump according to any one of the preceding claims. 前記ケーシングが、最後段の前記圧縮要素にガスが吸い込まれる吸込位置と前記吐出口との間に、前記圧縮要素内に冷却ガスを導入する第2冷却ガス導入口をさらに有する、請求項1~14のいずれか一項に記載の多段ルーツ式ポンプ。 The casing further has a second cooling gas introduction port for introducing cooling gas into the compression element between a suction position where gas is sucked into the last stage compression element and the discharge port. 15. A multi-stage roots pump according to any one of clauses 14 to 14. 前記圧縮要素の配置のみにより、前記ケーシングの内部が前記圧縮要素と同数のポンプ作動領域に分割されていることを特徴とする、請求項1~15のいずれか一項に記載の多段ルーツ式ポンプ。 16. A multi-stage roots pump according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the interior of the casing is divided into the same number of pump working areas as there are compression elements solely by the arrangement of the compression elements. . 複数の前記圧縮要素が、一体の前記ケーシング内に単一の段群として設けられていることを特徴とする、請求項1~15のいずれか一項に記載の多段ルーツ式ポンプ。 A multi-stage roots pump according to any one of the preceding claims, characterized in that a plurality of said compression elements are provided as a single stage group within said unitary casing.
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