JP7284045B2 - Fluid machinery - Google Patents
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Description
本発明は、スクリューロータを備えた流体機械に関する。 The present invention relates to a fluid machine having a screw rotor.
流体機械の一例である空気圧縮機は、例えば雌雄一対のスクリューロータと、スクリューロータを収納してスクリューロータの歯溝とともに圧縮室(作動室)を形成するケーシングとを備える。圧縮室は、スクリューロータの回転に伴ってスクリューロータの軸方向に移動すると共に、軸方向一方側の吸入ポートを介して空気を吸入する吸入過程、空気を圧縮する圧縮過程、及び軸方向他方側の吐出ポートを介して圧縮空気を吐出する吐出過程を順次行う。圧縮過程にて圧縮熱が生じるため、空気温度が上昇すると共に、スクリューロータ等が加熱されて熱膨張する。そこで、スクリューロータの熱膨張を抑えるため、スクリューロータを冷却する技術が提唱されている(例えば特許文献1参照)。 An air compressor, which is an example of a fluid machine, includes, for example, a pair of male and female screw rotors, and a casing that accommodates the screw rotors and forms compression chambers (working chambers) together with tooth grooves of the screw rotors. The compression chamber moves in the axial direction of the screw rotor as the screw rotor rotates, and performs an intake process of sucking air through an intake port on one side in the axial direction, a compression process of compressing air, and a compression process on the other side in the axial direction. A discharge process of discharging compressed air through the discharge port is sequentially performed. Since compression heat is generated in the compression process, the air temperature rises and the screw rotor and the like are heated and thermally expanded. Therefore, in order to suppress the thermal expansion of the screw rotor, a technology for cooling the screw rotor has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
スクリューロータは、歯溝が形成された歯部と、歯部の吸入側端面より外側に延在する吸入側軸部と、歯部の吐出側端面より外側に延在する吐出側軸部とで構成されている。特許文献1に記載のスクリューロータの歯部、吸入側軸部、及び吐出側軸部は、軸方向に延在する貫通穴を有し、貫通穴に冷却液(詳細には、例えば油等)が流通するようになっている。
The screw rotor includes a tooth portion having tooth grooves, a suction side shaft portion extending outward from the suction side end surface of the tooth portion, and a discharge side shaft portion extending outward from the discharge side end surface of the tooth portion. It is configured. The tooth portion, the suction-side shaft portion, and the discharge-side shaft portion of the screw rotor described in
特許文献1では、スクリューロータの吐出側軸部における冷却液の冷却力の軸方向分布が考慮されていない。詳しく説明すると、吐出側軸部の貫通穴は、軸方向のいずれの部分においても径方向断面の形状が同じであって、径方向断面の周長が同じである。そのため、吐出側軸部の貫通穴に流通する冷却液の冷却力の軸方向分布が均一である。しかし、一般的に、吐出側軸部の外周側には吐出側エアシール及び吐出側軸受が設けられており、吐出側エアシールには高温の圧縮空気が流れ込む。そのため、吐出側軸部の軸方向の一部分(詳細には、吐出側エアシールに対応する範囲及び吐出側エアシールから歯部の吐出側端面までの範囲を含む部分)は、冷却液の冷却力を高めることが望まれるものの、吐出側軸部の軸方向の残りの部分(詳細には、吐出側軸受に対応する範囲を含む部分)は、それほどの冷却力を必要としない。
In
本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、スクリューロータの貫通穴に流通する冷却液の冷却力の軸方向分布により、冷却効率の向上を図ることを課題の一つとするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and one of the objects thereof is to improve the cooling efficiency by the axial distribution of the cooling force of the coolant flowing through the through holes of the screw rotor. .
上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。本発明は、上記課題を解決するための手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、スクリューロータと、前記スクリューロータを収納して前記スクリューロータの歯溝とともに圧縮室を形成するケーシングと、前記スクリューロータを回転可能に支持する吸入側軸受及び吐出側軸受と、前記圧縮室と前記吐出側軸受の間に配置され、前記圧縮室からの圧縮気体の漏れを抑える吐出側シールとを備え、前記スクリューロータは、前記歯溝が形成された歯部と、前記歯部の吸入側端面より外側に延在する吸入側軸部と、前記歯部の吐出側端面より外側に延在する吐出側軸部とで構成され、前記スクリューロータの前記歯部、前記吸入側軸部、及び前記吐出側軸部は、軸方向に延在する貫通穴を有し、前記貫通穴に冷却液が流通するように構成された、流体機械において、前記吐出側軸部のうちの前記吐出側シールに対応する範囲及び前記吐出側シールから前記歯部の吐出側端面までの範囲からなる軸方向の一部分における貫通穴の径方向断面の周長が、前記吐出側軸部のうちの前記軸方向の一部分以外の残りの部分における貫通穴の径方向断面の周長より大きく、前記歯部のうちの前記歯部の吐出側端面から前記歯部の軸方向長さの3/4以下となる範囲である軸方向の一部分における貫通穴の径方向断面の周長が、前記歯部のうちの前記軸方向の一部分以外の残りの部分における貫通穴の径方向断面の周長より大きい。 In order to solve the above problems, the configurations described in the claims are applied. The present invention includes a plurality of means for solving the above-described problems. To give an example, a screw rotor and a casing housing the screw rotor and forming a compression chamber together with tooth grooves of the screw rotor are provided. a suction-side bearing and a discharge-side bearing that rotatably support the screw rotor; and a discharge-side seal that is disposed between the compression chamber and the discharge-side bearing and suppresses leakage of compressed gas from the compression chamber. The screw rotor includes a tooth portion in which the tooth spaces are formed, a suction-side shaft portion extending outward from the suction-side end surface of the tooth portion, and an outer side extension from the discharge-side end surface of the tooth portion. The tooth portion, the suction-side shaft portion, and the discharge-side shaft portion of the screw rotor each have a through hole extending in the axial direction, and the coolant flows through the through hole. In a fluid machine configured to circulate, a part of the axial direction consisting of a range corresponding to the discharge side seal of the discharge side shaft portion and a range from the discharge side seal to the discharge side end surface of the tooth portion is greater than the circumferential length of the radial cross section of the through hole in the remaining portion of the discharge-side shaft portion other than the axial portion of the tooth portion. The peripheral length of the radial cross-section of the through hole in a portion of the axial direction, which is a range from the discharge side end surface of the tooth portion to 3/4 or less of the axial length of the tooth portion, is equal to the shaft of the tooth portion. greater than the perimeter of the radial cross-section of the through-hole in the rest of the direction.
本発明によれば、スクリューロータの貫通穴に流通する冷却液の冷却力の軸方向分布により、冷却効率の向上を図ることができる。 According to the present invention, the cooling efficiency can be improved by the axial distribution of the cooling force of the coolant flowing through the through hole of the screw rotor.
なお、上記以外の課題、構成及び効果は、以下の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description.
本発明を空気圧縮機に適用した第1の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。 A first embodiment in which the present invention is applied to an air compressor will be described with reference to the drawings.
まず、本実施形態の空気圧縮機の構造について説明する。図1は、本実施形態における空気圧縮機の構造を表す水平断面図であり、図2は、図1の矢視II-IIによる鉛直断面図である。 First, the structure of the air compressor of this embodiment will be described. FIG. 1 is a horizontal cross-sectional view showing the structure of an air compressor according to this embodiment, and FIG. 2 is a vertical cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
本実施形態の空気圧縮機は、スクリューロータである雄ロータ1A及び雌ロータ1Bと、雄ロータ1A及び雌ロータ1Bを収納してそれらの歯溝に圧縮室(作動室)を形成するケーシング2とを備える。
The air compressor of this embodiment comprises a
圧縮室は、雄ロータ1A及び雌ロータ1Bの回転に伴ってそれらの軸方向一方側(図1及び図2の左側)から他方側(図1及び図2の右側)へ移動すると共に、軸方向一方側の吸入ポート(開口)を介して空気(気体)を吸入する吸入過程、空気を圧縮する圧縮過程、軸方向他方側の吐出ポート(開口)を介して圧縮空気を吐出する吐出過程を順次行う。なお、本実施形態の空気圧縮機は、無給液式(詳細には、作動室に油又は水等の液体を供給しないもの)である。そのため、給液式(詳細には、作動室に油又は水等の液体を供給するもの)と比べ、圧縮空気の温度が高くなる。
As the
雄ロータ1Aは、後述の図3で示すように、歯溝が形成された歯部3Aと、歯部3Aの吸入側端面より外側(図1、図2、及び図3の左側)に延在する吸入側軸部4Aと、歯部3Aの吐出側端面より外側(図1、図2、及び図3の右側)に延在する吐出側軸部5Aとを有し、それらが例えば積層造形法によって一体的に造形されている。雄ロータ1Aは、図1及び図2で示すように、吸入側軸部4Aの外周側に配置された吸入側軸受6Aと、吐出側軸部5Aの外周側に配置された複数の吐出側軸受7Aによって回転可能に支持されている。
As shown in FIG. 3, which will be described later, the
雌ロータ1Bは、後述の図7で示すように、歯溝が形成された歯部3Bと、歯部3Bの吸入側端面より外側(図1、図2、及び図7の左側)に延在する吸入側軸部4Bと、歯部3Bの吐出側端面より外側(図1、図2、及び図7の右側)に延在する吐出側軸部5Bとを有し、それらが例えば積層造形法によって一体的に造形されている。雌ロータ1Bは、図1及び図2で示すように、吸入側軸部4Bの外周側に配置された吸入側軸受6Bと、吐出側軸部5Bの外周側に配置された複数の吐出側軸受7Bによって回転可能に支持されている。
As shown in FIG. 7, which will be described later, the
雄ロータ1Aの吸入側軸部4Aの先端側部分は、ケーシング2より突出すると共に、ピニオンギヤ8が設けられている。ピニオンギヤ8は、図示しないものの、例えばギヤ機構及びベルト機構を介してモータの回転軸に接続されている。ピニオンギヤ8、ギヤ機構、及びベルト機構を介してモータの回転力が雄ロータ1Aに伝達されることにより、雄ロータ1Aが回転する。
A tip side portion of the suction
雄ロータ1Aの吐出側軸部5A及び雌ロータ1Bの吐出側軸部5Bにはタイミングギヤ9A,9Bがそれぞれ設けられ、タイミングギヤ9A,9Bが互いに噛み合わされている。タイミングギヤ9A,9Bを介して雄ロータ1Aの回転力が雌ロータ1Bに伝達されることにより、雌ロータ1Bが回転する。これにより、雄ロータ1A及び雌ロータ1Bは、互いに非接触で噛み合うように回転する。
雄ロータ1Aの吸入側軸部4Aの外周側(詳細には、圧縮室と吸入側軸受6Aの間)には吸入側エアシール10A及び吸入側オイルシール11Aが設けられている。雌ロータ1Bの吸入側軸部4Bの外周側(詳細には、圧縮室と吸入側軸受6Bの間)には吸入側エアシール10B及び吸入側オイルシール11Bが設けられている。吸入側エアシール10A,10Bは、圧縮室からの空気の漏れを抑え、吸入側オイルシール11A,11Bは、吸入側軸受6A,6Bからの潤滑油の漏れを抑えるようになっている。
A suction
雄ロータ1Aの吐出側軸部5Aの外周側(詳細には、圧縮室と吐出側軸受7Aの間)には吐出側エアシール12A及び吐出側オイルシール13Aが設けられている。雌ロータ1Bの吐出側軸部5Bの外周側(詳細には、圧縮室と吐出側軸受7Bの間)には吐出側エアシール12B及び吐出側オイルシール13Bが設けられている。吐出側エアシール12A,12Bは、圧縮室からの圧縮空気の漏れを抑え、吐出側オイルシール13A,13Bは、吐出側軸受7A,7Bからの潤滑油の漏れを抑えるようになっている。
A discharge-
次に、本実施形態の雄ロータの構造について説明する。図3は、本実施形態における雄ロータの構造を表す外観図である。図4は、本実施形態における雄ロータの構造を表す軸方向断面図である。図5は、図3の矢視V-Vによる径方向断面図であり、図6は、図3の矢視VI-VIによる径方向断面図である。 Next, the structure of the male rotor of this embodiment will be described. FIG. 3 is an external view showing the structure of the male rotor in this embodiment. FIG. 4 is an axial sectional view showing the structure of the male rotor in this embodiment. 5 is a radial cross-sectional view along arrow VV in FIG. 3, and FIG. 6 is a radial cross-sectional view along arrow VI-VI in FIG.
雄ロータ1Aの歯部3A、吸入側軸部4A、及び吐出側軸部5Aは、軸方向に延在する貫通穴14A,15A,16Aを有しており、これら貫通穴14A,15A,16Aは互いに連通している。そして、例えば、図示しない液体供給系統からの冷却液(詳細には、例えば油又は水)は、吸入側軸部4Aの端面の開口を介して貫通穴15Aに流入し、貫通穴15A,14A,16Aの順に流れ、吐出側軸部5Aの端面の開口を介して貫通穴16Aから流出するようになっている。
The
本実施形態では、歯部3Aの貫通穴14A、吸入側軸部4Aの貫通穴15A、及び吐出側軸部5Aの貫通穴16Aは、軸方向のいずれの部分においても、径方向断面が円形状である。歯部3Aの貫通穴14Aのうちの軸方向の大部分(詳細には、歯部3Aの吐出側端面の近傍を除く部分)における径寸法は、吸入側軸部4Aの貫通穴15Aの径寸法と同じである。
In this embodiment, the through
本実施形態の大きな特徴として、吐出側軸部5Aの貫通穴16Aのうちの軸方向の一部分A1(詳細には、吐出側エアシール12Aに対応する範囲及び吐出側エアシール12Aから歯部3Aの吐出側端面までの範囲を含む部分)における径寸法は、軸方向の残りの部分A2(詳細には、吐出側軸受7Aに対応する範囲を含む部分)における径寸法より大きくなっている。そのため、吐出側軸部5Aの貫通穴16Aのうちの軸方向の一部分A1における径方向断面の周長(図5参照)は、軸方向の残りの部分A2における径方向断面の周長(図6参照)より大きくなっている。これにより、比較的高温な部分A1における冷却液の冷却力を高める一方、比較的低温な部分A2における冷却液の冷却力を抑えることができる。したがって、冷却液の冷却力の軸方向分布により、冷却効率を向上させることができる。また、吐出側軸部5Aとの熱伝導性により、歯部3Aの吐出側部分の冷却効果も高めることができる。
As a major feature of this embodiment, a portion A1 in the axial direction of the through
本実施形態では、吐出側軸部5Aの貫通穴15Aのうちの軸方向の残りの部分A2における径寸法は、吸入側軸部4Aの貫通穴14Aの径寸法と同じである。また、本実施形態では、軸方向の一部分A1は、吐出側エアシール12Aの全体に対応する範囲を含んでいるものの、吐出側エアシール12Aの一部に対応する範囲を含んでいてもよい。
In this embodiment, the diameter of the remaining axial portion A2 of the through
次に、本実施形態の雌ロータの構造について説明する。図7は、本実施形態における雌ロータの構造を表す外観図である。図8は、本実施形態における雌ロータの構造を表す軸方向断面図である。 Next, the structure of the female rotor of this embodiment will be described. FIG. 7 is an external view showing the structure of the female rotor in this embodiment. FIG. 8 is an axial sectional view showing the structure of the female rotor in this embodiment.
雌ロータ1Bの歯部3B、吸入側軸部4B、及び吐出側軸部5Bは、軸方向に延在する貫通穴14B,15B,16Bを有しており、これら貫通穴14B,15B,16Bは互いに連通している。そして、例えば、液体供給系統からの冷却液は、吸入側軸部4Bの端面の開口を介して貫通穴15Bに流入し、貫通穴15B,14B,16Bの順に流れ、吐出側軸部5Bの端面の開口を介して貫通穴16Bから流出するようになっている。
The
本実施形態では、歯部3Bの貫通穴14B、吸入側軸部4Bの貫通穴15B、及び吐出側軸部5Bの貫通穴16Bは、軸方向のいずれの部分においても、径方向断面が円形状である。歯部3Bの貫通穴14Bのうちの軸方向の大部分(詳細には、歯部3Bの吐出側端面の近傍を除く部分)における径寸法は、吸入側軸部4Bの貫通穴15Bの径寸法と同じである。
In this embodiment, the through-
本実施形態の大きな特徴として、吐出側軸部5Bの貫通穴16Bのうちの軸方向の一部分B1(詳細には、吐出側エアシール12Bに対応する範囲及び吐出側エアシール12Bから歯部3Bの吐出側端面までの範囲を含む部分)における径寸法は、軸方向の残りの部分B2(詳細には、吐出側軸受7Bに対応する範囲を含む部分)における径寸法より大きくなっている。そのため、吐出側軸部5Bの貫通穴16Bのうちの軸方向の一部分B1における径方向断面の周長は、軸方向の残りの部分B2における径方向断面の周長より大きくなっている。これにより、比較的高温な部分B1における冷却液の冷却力を高める一方、比較的低温な部分B2における冷却液の冷却力を抑えることができる。したがって、冷却液の冷却力の軸方向分布により、冷却効率を向上させることができる。また、吐出側軸部5Bとの熱伝導性により、歯部3Bの吐出側部分の冷却効果も高めることができる。
As a major feature of this embodiment, a portion B1 in the axial direction of the through
本実施形態では、吐出側軸部5Bの貫通穴15Bのうちの軸方向の残りの部分B2における径寸法は、吸入側軸部4Bの貫通穴14Bにおける径寸法と同じである。また、本実施形態では、軸方向の一部分B1は、吐出側エアシール12Bの全体に対応する範囲を含んでいるものの、吐出側エアシール12Bの一部に対応する範囲を含んでいてもよい。
In this embodiment, the diameter of the remaining portion B2 in the axial direction of the through
なお、第1の実施形態においては、雄ロータ1Aの吐出側軸部5Aの貫通穴16Aのうちの軸方向の一部分A1における径方向断面が円形状であり、雌ロータ1Bの吐出側軸部5Bの貫通穴16Bのうちの軸方向の一部分B1における径方向断面が円形状である場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば図9又は図10で示す変形例のように、吐出側軸部の貫通穴のうちの軸方向の一部分A1又はB1における径方向断面が放射状の形状(詳細には、中心穴と、この中心穴から放射状に延在する複数の溝からなる形状)であってもよい。このような変形例では、前述した複数の溝が軸方向に直線的に延在してもよいし、若しくは、軸方向に螺旋状に延在してもよい。また、例えば図11で示す変形例のように、吐出側軸部の貫通穴のうちの軸方向の一部分A1又はB1における径方向断面が多孔の形状であってもよい。また、雄ロータ1Aと雌ロータ1Bで径方向断面の形状が異なっていてもよい。
In the first embodiment, the radial cross-section of the through
本発明の第2の実施形態を、図12及び図13を用いて説明する。図12は、本実施形態における雄ロータの構造を表す軸方向断面図である。図13は、本実施形態における雌ロータの構造を表す軸方向断面図である。なお、本実施形態において、第1の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 12 and 13. FIG. FIG. 12 is an axial sectional view showing the structure of the male rotor in this embodiment. FIG. 13 is an axial sectional view showing the structure of the female rotor in this embodiment. In addition, in this embodiment, the same code|symbol is attached|subjected to the part equivalent to 1st Embodiment, and description is abbreviate|omitted suitably.
本実施形態では、雄ロータ1Aの歯部3Aの貫通穴14Aのうちの軸方向の一部分C1(詳細には、歯部3Aの吐出側端面から歯部3Aの軸方向長さの3/4以下となる範囲である部分)における径寸法は、軸方向の残りの部分C2における径寸法より大きくなっている。そのため、歯部3Aの貫通穴14Aのうちの軸方向の一部分C1における径方向断面の周長は、軸方向の残りの部分C2における径方向断面の周長より大きくなっている。これにより、比較的高温な部分C1における冷却液の冷却力を高める一方、比較的低温な部分C2における冷却液の冷却力を抑えることができる。したがって、冷却液の冷却力の軸方向分布により、冷却効率を向上させることができる。また、歯部3Aの吐出側部分の熱膨張量と吸入側部分の熱膨張量との差分を低減することができ、歯部3Aとケーシング2の内壁の間の隙間を低減することができる。したがって、圧縮性能を向上させることができる。
In the present embodiment, a portion C1 of the through
また、本実施形態では、雌ロータ1Bの歯部3Bの貫通穴14Bのうちの軸方向の一部分D1(詳細には、歯部3Bの吐出側端面から歯部3Bの軸方向長さの3/4以下となる範囲である部分)における径寸法は、軸方向の残りの部分D2における径寸法より大きくなっている。そのため、歯部3Bの貫通穴14Bのうちの軸方向の一部分D1における径方向断面の周長は、軸方向の残りの部分D2における径方向断面の周長より大きくなっている。これにより、比較的高温な部分D1における冷却液の冷却力を高める一方、比較的低温な部分D2における冷却液の冷却力を抑えることができる。したがって、冷却液の冷却力の軸方向分布により、冷却効率を向上させることができる。また、歯部3Bの吐出側部分の熱膨張量と吸入側部分の熱膨張量との差分を低減することができ、歯部3Bとケーシング2の内壁の間の隙間を低減することができる。したがって、圧縮性能を向上させることができる。軸方向の一部分C1又はD1を、歯部の吐出側端面から歯部の軸方向長さの3/4以下となる範囲である部分と定義した理由は、歯部の軸方向位置に応じて空気温度が指数関数的に増加することを考慮したからである。
Further, in this embodiment, a portion D1 of the through
なお、第2の実施形態においては、雄ロータ1Aの歯部3Aの貫通穴14Aのうちの軸方向の一部分C1における径方向断面が円形状であり、雌ロータ1Bの歯部3Bの貫通穴14Bのうちの軸方向の一部分D1における径方向断面が円形状である場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば、歯部の貫通穴のうちの軸方向の一部分C1又はD1における径方向断面が放射状の形状(詳細には、中心穴と、この中心穴から放射状に延在する複数の溝からなる形状)であってもよい。このような変形例では、前述した複数の溝が軸方向に直線的に延在してもよいし、若しくは、軸方向に螺旋状に延在してもよい。また、例えば、歯部の貫通穴のうちの軸方向の一部分C1又はD1における径方向断面が多孔の形状であってもよい。また、雄ロータ1Aと雌ロータ1Bで径方向断面の形状が異なっていてもよい。
In the second embodiment, the radial cross-section of the axial portion C1 of the through
以上においては、本発明の実施形態の適用対象として、無給油式の空気圧縮機を例にとって説明したが、これに限られず、給液式の空気圧縮機であってもよい。また、本発明の適用対象として、2つのスクリューロータである雄ロータ1A及び雌ロータ1Bを備えた空気圧縮機を例にとって説明したが、これに限られず、例えば、1つのスクリューロータのみからなるものや、1つのスクリューロータと、1又は複数の歯車形状のロータ(ゲートロータという場合もある)との噛み合いからなるシングルスクリュー式であってもよい。又は3つ以上のスクリューロータを備えた空気圧縮機であってもよい。また、複数のスクリューロータを備えた空気圧縮機において、複数のスクリューロータの全てが本発明の特徴を有していてもよいし、一部のみが本発明の特徴を有していてもよい。
In the above description, an oil-free air compressor has been described as an example of application of the embodiments of the present invention. Further, as an application object of the present invention, an air compressor having two screw rotors, the
また、空気圧縮機に限定されず、酸素、窒素、フロンガス系などその他種々の気体の圧縮機にも適用可能である。さらには、スクリューロータが圧送するものが気体以外であってもよく、ポンプ、ファン、ブロア、膨張機といった流体を搬送する流体機械に適用可能である。 In addition, the present invention is not limited to air compressors, and can be applied to other various gas compressors such as oxygen, nitrogen, and Freon gas. Furthermore, what is pumped by the screw rotor may be anything other than gas, and the present invention is applicable to fluid machinery that conveys fluid, such as pumps, fans, blowers, and expanders.
膨張機の場合は、圧縮機の吐出側に相当する部分から高圧気体が内部に流入し、膨張力によってスクリューロータを回転させることで機械的回転力を生成し、気体はその後、圧縮機の吸込み側に相当する部分から吐き出されるようになっている。流入する高圧気体が高温である場合には、スクリューロータの流入側(圧縮機の吐出側に相当)の冷却効率を向上させるという課題もある。よって、上記圧縮機に適用するロータ構成を、膨張機に適用することで、高温となるスクリューロータの流入側軸部(圧縮機の吐出側軸部に相当)の冷却効率を向上させることも可能である。 In the case of an expander, high-pressure gas flows into the interior from the part corresponding to the discharge side of the compressor, and the expansion force rotates the screw rotor to generate mechanical torque, and the gas is then sucked into the compressor. It is designed to be exhaled from the part corresponding to the side. When the inflowing high-pressure gas has a high temperature, there is also a problem of improving the cooling efficiency of the inflow side of the screw rotor (corresponding to the discharge side of the compressor). Therefore, by applying the rotor configuration that is applied to the compressor to the expander, it is possible to improve the cooling efficiency of the inflow-side shaft of the screw rotor (equivalent to the discharge-side shaft of the compressor), which is subject to high temperatures. is.
また、雄ロータ1A及び雌ロータ1Bの造形手段については、例えば、軸方向又は径方向で分割構成とし、鋳造した分割パーツを溶接、圧着或いはボルト等で固定することによって製造することもできる。3次元造形機を用いた積層造形等を使用することも好ましい。即ち歯部或いは歯部と軸部を連続した一体構成物として3次元造形する。これにより歯部肉厚の厚みや形状をより複雑かつ精度よく造形できるとともにロータが化学結合により連続した一体構成物となることから強度も確保することができる。
The
積層造形法としては、光造形方式、粉末焼結積層造形方式、インクジェット方式、原料溶解積層方式、石膏パウダー方式、シート成形方式、フィルム転写イメージ積層方式及び金属光造形複合加工方式等が適用できる。また、スクリューロータの素材は、樹脂や金属であってもよい。更に、積層方向は軸法を水平方向、鉛直方向又は斜め方向でもよい。 As the layered manufacturing method, a stereolithography method, a powder sintering layered manufacturing method, an inkjet method, a raw material melting layering method, a gypsum powder method, a sheet molding method, a film transfer image lamination method, a metal stereolithography composite processing method, and the like can be applied. Further, the material of the screw rotor may be resin or metal. Furthermore, the stacking direction may be horizontal, vertical or oblique.
上記積層造形用の電子データは、CADやCGソフトウェア又は3次元スキャナで生成した3次元データをCAMによってNCデータに加工することで生成される。該データを3次元造形機に入力することで三次元造形が行われる。なお、CAD/CAMソフトウェアによって、3次元データから直接NCデータを生成してもよい。 The electronic data for lamination molding is generated by processing three-dimensional data generated by CAD or CG software or a three-dimensional scanner into NC data by CAM. Three-dimensional modeling is performed by inputting the data into a three-dimensional modeling machine. NC data may be generated directly from three-dimensional data using CAD/CAM software.
1A…雄ロータ、1B…雌ロータ、2…ケーシング、3A,3B…歯部、4A,4B…吸入側軸部、5A,5B…吐出側軸部、6A,6B…吸入側軸受、7A,7B…吐出側軸受、12A,12B…吐出側エアシール、14A,14B…歯部の貫通穴、15A,15B…吸入側軸部の貫通穴、16A,16B…吐出側軸部の貫通穴
Claims (6)
前記スクリューロータは、前記歯溝が形成された歯部と、前記歯部の吸入側端面より外側に延在する吸入側軸部と、前記歯部の吐出側端面より外側に延在する吐出側軸部とで構成され、
前記スクリューロータの前記歯部、前記吸入側軸部、及び前記吐出側軸部は、軸方向に延在する貫通穴を有し、前記貫通穴に冷却液が流通するように構成された、流体機械において、
前記吐出側軸部のうちの前記吐出側シールに対応する範囲及び前記吐出側シールから前記歯部の吐出側端面までの範囲からなる軸方向の一部分における貫通穴の径方向断面の周長が、前記吐出側軸部のうちの前記軸方向の一部分以外の残りの部分における貫通穴の径方向断面の周長より大きく、
前記歯部のうちの前記歯部の吐出側端面から前記歯部の軸方向長さの3/4以下となる範囲である軸方向の一部分における貫通穴の径方向断面の周長が、前記歯部のうちの前記軸方向の一部分以外の残りの部分における貫通穴の径方向断面の周長より大きいことを特徴とする流体機械。 a screw rotor, a casing housing the screw rotor and forming a compression chamber together with tooth grooves of the screw rotor, a suction-side bearing and a discharge-side bearing rotatably supporting the screw rotor, the compression chamber and the discharge. a discharge side seal disposed between the side bearings and suppressing leakage of compressed gas from the compression chamber;
The screw rotor includes a tooth portion in which the tooth spaces are formed, a suction-side shaft portion extending outward from the suction-side end surface of the tooth portion, and a discharge-side shaft portion extending outward from the discharge-side end surface of the tooth portion. It consists of a shaft and
The tooth portion, the suction-side shaft portion, and the discharge-side shaft portion of the screw rotor each have a through hole extending in the axial direction, and a cooling liquid is configured to flow through the through hole. in the machine
The circumferential length of the radial cross-section of the through-hole in a part of the axial direction, which is the range corresponding to the discharge-side seal of the discharge-side shaft portion and the range from the discharge-side seal to the discharge-side end surface of the tooth portion, is larger than the circumferential length of the radial cross section of the through hole in the remaining portion of the discharge-side shaft portion other than the axial portion,
The peripheral length of the radial cross section of the through hole in a part of the axial direction, which is a range of 3/4 or less of the axial length of the tooth portion from the discharge side end surface of the tooth portion, is the same as the tooth. fluid machine, wherein the circumference of the through hole in the remaining portion other than the portion in the axial direction of the portion is larger than the circumferential length of the radial cross section of the through hole.
前記吐出側軸部のうちの前記軸方向の残りの部分における前記貫通穴の径方向断面は、円形状であり、
前記吐出側軸部のうちの前記軸方向の一部分における前記貫通穴の径方向断面は、円形状であって、前記吐出側軸部のうちの前記軸方向の残りの部分における前記貫通穴の径方向断面より径寸法が大きいことを特徴とする流体機械。 In the fluid machine according to claim 1,
a radial cross-section of the through-hole in the remaining portion of the discharge-side shaft portion in the axial direction is circular;
A radial cross section of the through hole in a portion of the discharge side shaft portion in the axial direction is circular, and the diameter of the through hole in the remaining portion of the discharge side shaft portion in the axial direction is circular. A fluid machine characterized by a diameter dimension larger than a directional cross section.
前記吐出側軸部のうちの前記軸方向の残りの部分における前記貫通穴の径方向断面は、円形状であり、
前記吐出側軸部のうちの前記軸方向の一部分における前記貫通穴の径方向断面は、放射状の形状であることを特徴とする流体機械。 In the fluid machine according to claim 1,
a radial cross-section of the through-hole in the remaining portion of the discharge-side shaft portion in the axial direction is circular;
A fluid machine according to claim 1, wherein a radial cross-section of the through-hole in a portion of the discharge-side shaft portion in the axial direction has a radial shape.
前記スクリューロータの前記歯部、前記吸入側軸部、及び前記吐出側軸部は、一体的に造形されたことを特徴とする流体機械。 In the fluid machine according to claim 1,
A fluid machine, wherein the tooth portion, the suction-side shaft portion, and the discharge-side shaft portion of the screw rotor are integrally formed.
前記スクリューロータは、各部が分割構成で、溶接、接着、ボルト締め或いはこれらの2以上の組み合わせから一体的に造形されたことを特徴とする流体機械。 In the fluid machine according to claim 4,
A fluid machine, wherein each portion of the screw rotor is divided and integrally formed by welding, bonding, bolting, or a combination of two or more of these.
前記スクリューロータは、各部が化学結合によって連続した一体構成物からなることを特徴とする流体機械。 In the fluid machine according to claim 4,
A fluid machine according to claim 1, wherein said screw rotor comprises an integral structure in which each part is continuous by chemical bonding.
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