JP7364949B2 - シングルスクリュー圧縮機 - Google Patents
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Description
本実施形態のシングルスクリュー圧縮機(10)(以下では、単に「スクリュー圧縮機」という)は、蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷凍装置の冷媒回路に設けられる。スクリュー圧縮機(10)は、蒸発器において蒸発した冷媒を吸入して圧縮し、圧縮した冷媒を凝縮器へ向けて吐出する。また、スクリュー圧縮機(10)は、二段圧縮を行う。
図1及び図2に示すように、スクリュー圧縮機(10)は、一つのスクリューロータ(30)と、二つのゲートロータ組立体(50)とを備える。また、スクリュー圧縮機(10)は、ケーシング(11)と、電動機(17)と、駆動軸(18)とを備える。
図3及び図4に示すように、スクリューロータ(30)は、金属製の円柱状の部材である。スクリューロータ(30)は、図4における左端が第1端(31)であり、図4における右端が第2端(32)である。ケーシング(11)の円筒部(16)において、スクリューロータ(30)は、第1端(31)が高圧室(15)側に位置し、第2端(32)が低圧室(14)側に位置する。
図3に示すように、ゲートロータ(51)には、複数枚(本実施形態では、11枚)のゲート(52)が放射状に設けられる。各ゲート(52)は、概ね矩形状の平板状の部分である。ゲート(52)は、スクリューロータ(30)の螺旋溝(40)に進入し、螺旋溝(40)の壁面と摺動して圧縮室(21,22)を形成する。
図1及び図2に示すように、スクリュー圧縮機(10)では、スクリューロータ(30)と、ゲートロータ(51)と、ケーシング(11)の円筒部(16)とによって、圧縮室(21,22)が形成される。圧縮室(21,22)は、スクリューロータ(30)の螺旋溝(40)の壁面と、ゲートロータ(51)のゲート(52)の前面と、円筒部(16)の内周面とによって囲まれた閉空間である。本実施形態のスクリュー圧縮機(10)では、図2におけるスクリューロータ(30)の下側の圧縮室が第1圧縮室(21)であり、図2におけるスクリューロータ(30)の上側の圧縮室が第2圧縮室(22)である。
スクリュー圧縮機(10)では、電動機(17)によってスクリューロータ(30)が駆動される。スクリューロータ(30)が回転すると、スクリューロータ(30)と噛み合ったゲートロータ(51)が回転する。ゲートロータ(51)が回転すると、ゲートロータ(51)のゲート(52)は、スクリューロータ(30)の螺旋溝(40)に進入し、進入した螺旋溝(40)の吸入側端(45)から吐出側端(44)へ向かって相対的に移動する。その結果、圧縮室(21,22)の容積が次第に縮小し、圧縮室(21,22)内の冷媒が圧縮される。
本実施形態のスクリューロータ(30)とゲートロータ(51)が満たす組み付け条件を説明する。スクリュー圧縮機(10)の製造工程や保守作業において、ゲートロータ(51)をスクリューロータ(30)に組み付ける作業(組み付け作業)が行われる。組み付け条件は、この組み付け作業においてゲート(52)を損傷させずに螺旋溝(40)に差し込むことを可能にするための、スクリューロータ(30)とゲートロータ(51)の形状に関する条件である。
スクリューロータ(30)に形成された螺旋溝(40)の側壁面(46,47)の傾斜角度ζxを説明する。
VS=Sx・ω (数式1)
VG=Rx・m・ω (数式2)
ゲートロータ(51)の基準位置について説明する。図6及び図8に示すように、ゲートロータ(51)が備える11枚のゲート(52)のうちの一つを、基準ゲート(75)とする。組み立てられた状態のスクリューロータ(30)及びゲートロータ(51)において、基準ゲート(75)の中心点(CP)が基準ライン(70)上に位置するときのゲートロータ(51)の位置が、基準位置である。
ゲートロータ(51)が離間位置に在るときの、ゲート(52)のシールライン(53)と、螺旋溝(40)の側壁面(46,47)との位置関係を、図11を参照しながら説明する。
図12に示すように、スクリュー圧縮機(10)を設計する際に、ゲート(52)のシールライン(53)と螺旋溝(40)の側壁面(46,47)との間に設計隙間が設定される。基準ゲート(75)のシールライン(53)と螺旋溝(40)の側壁面(46,47)との間の設計隙間の、基準ライン(70)と直交する方向の幅をεとする。εは、例えば25μm~35μmである。
ゲートロータ(51)が離間位置に在る場合に、第2後側シールライン(87)のうち第2側壁面(47)に入り込んだ部分の、基準ライン(70)と直交する方向の長さが、第2後側シールライン(87)の干渉幅Eaである。この干渉幅Eaは、設計隙間を考慮すると、下記の(数式7-1)で表される。
本実施形態のスクリューロータ(30)に対して、ゲート(52)をスクリューロータ(30)との接触によって損傷させずに、ゲートロータ(51)を組み付けるためには、ゲートロータ(51)を傾けることによって第1ゲート(80)及び第2ゲート(85)とそれぞれに対応する螺旋溝(40)の側壁面(46,47)との接触を回避しつつ、ゲート(52)を螺旋溝(40)に差し込む必要がある。
図13に示すように、第2ゲート(85)の第2後側シールライン(87)上のゲート側対象点PGの、基準ライン(70)からの距離をLaとし、第1ゲート(80)の第1前側シールライン(81)上のゲート側対象点PGの、基準ライン(70)からの距離をLbとする。また、第2ゲート(85)の第2前側シールライン(86)上のゲート側対象点PGの、基準ライン(70)からの距離をLcとし、第1ゲート(80)の第1後側シールライン(82)上のゲート側対象点PGの、基準ライン(70)からの距離をLdとする。
第2ゲート(85)の第2後側シールライン(87)と向かい合う螺旋溝(40)の第2側壁面(47)に関して、その第2側壁面(47)の傾斜角度ζaは、上記の(数式6)を用いて、下記の(数式8-1)で表される。Saは、スクリューロータ(30)の中心軸(33)から第2側壁面(47)上のスクリュー側対象点PSまでの距離である。Raは、ゲートロータ(51)の中心軸(56)から第2後側シールライン(87)上のゲート側対象点PGまでの距離である。θaは、ゲート側対象点PGにおける第2後側シールライン(87)の傾斜角度である。
第2ゲート(85)の第2後側シールライン(87)に関する干渉回避角度ψaについて、図14を参照しながら説明する。図14では、第2ゲート(85)のうちシール平面(55)と重なる仮想の面状の領域を、やや太い実線と破線で示す。
Ha=Ea・tanζa (数式9-1)
tanψa=Ha/La (数式10-1)
第2ゲート(85)と同様に、第1ゲート(80)についても、第1前側シールライン(81)に関する干渉回避角度が存在する。
Hb=Eb・tanζb (数式9-2)
tanψb=Hb/Lb (数式10-2)
第2ゲート(85)の第2前側シールライン(86)に関する接触回避角度ψcについて、図15を参照しながら説明する。図15では、第2ゲート(85)のうちシール平面(55)と重なる仮想の面状の領域を、やや太い実線と破線で示す。
Hc=Ec・tanζc (数式9-3)
tanψc=Hc/Lc (数式10-3)
第2ゲート(85)と同様に、第1ゲート(80)についても、第1後側シールライン(82)に関する接触回避角度が存在する。
Hd=Ed・tanζd (数式9-4)
tanψd=Hd/Ld (数式10-4)
上述したように、ゲートロータ(51)を傾けることによって第1ゲート(80)及び第2ゲート(85)とそれぞれに対応する螺旋溝(40)の側壁面(46,47)との接触を回避しつつ、ゲートロータ(51)を基準位置から離間距離δだけ移動させることができれば、ゲート(52)をスクリューロータ(30)と接触させずにゲートロータ(51)を基準位置まで移動させて、スクリューロータ(30)に対するゲートロータ(51)の組み付けを完了させることができる。
本実施形態のスクリュー圧縮機(10)では、スクリューロータ(30)とゲートロータ(51)のそれぞれの形状が、ψa-max<ψc-min、ψa-max<ψd-min、ψb-max<ψc-min、及びψb-max<ψd-minの関係を満たす形状である。そのため、螺旋溝(40)がスクリューロータ(30)の外周面だけに開口する構造のスクリューロータ(30)に対して、ゲート(52)をスクリューロータ(30)との接触によって損傷させずに、ゲートロータ(51)を組み付けることができる。
本実施形態のスクリュー圧縮機(10)に対し、下記のような変形例を適用できる。
本実施形態のスクリュー圧縮機(10)において、ゲートロータ(51)は、先すぼみ形状のゲート(52)を備えていてもよい。本変形例のゲートロータ(51)に設けられた各ゲート(52)の形状は、ゲート(52)の先端(66)における幅が、ゲート(52)の基端(67)における幅より狭い形状である。本変形例を適用したスクリュー圧縮機(10)において、スクリューロータ(30)の螺旋溝(40)の形状は、組み合わされるゲートロータ(51)のゲート(52)の形状に対応した形状となっている。
図20に示すように、本実施形態のスクリュー圧縮機(10)のゲートロータ(51)において、第1ゲート(80)と第2ゲート(85)のそれぞれに形成されたシールライン(53)は、第1部分(53a)と第2部分(53b)を含んでいてもよい。螺旋溝(40)の側壁面(46,47)と第2部分(53b)の隙間の設計値は、螺旋溝(40)の側壁面(46,47)と第1部分(53a)の隙間の設計値よりも広い。
図21に示すように、本実施形態のスクリュー圧縮機(10)のゲートロータ(51)において、各ゲート(52)は、その伸長方向がゲートロータ(51)の径方向に対して傾斜していてもよい。
30 スクリューロータ
33 (スクリューロータの)中心軸
40 螺旋溝
46 第1側壁面
47 第2側壁面
48 底壁面
51 ゲートロータ
52 ゲート
53 シールライン
53a 第1部分
53b 第2部分
55 シール平面
56 (ゲートロータの)中心軸
66 (ゲートの)先端
67 (ゲートの)基端
68 (ゲートの)中間位置
70 基準ライン
75 基準ゲート
80 第1ゲート
81 第1前側シールライン
82 第1後側シールライン
85 第2ゲート
86 第2前側シールライン
87 第2後側シールライン
Claims (5)
- スクリューロータ(30)と、ゲートロータ(51)とを備えるシングルスクリュー圧縮機(10)であって、
上記スクリューロータ(30)には、それぞれが該スクリューロータ(30)の外周面だけに開口する複数の螺旋溝(40)が形成され、
各上記螺旋溝(40)は、互いに向かい合う一対の側壁面(46,47)と、一つの底壁面(48)とによって形成され、
一対の上記側壁面は、上記スクリューロータ(30)の第1端(31)側に位置する第1側壁面(46)と、上記スクリューロータ(30)の第2端(32)側に位置する第2側壁面(47)とを含み、
上記ゲートロータ(51)は、それぞれが上記スクリューロータ(30)の上記螺旋溝(40)に噛み合う複数のゲート(52)を有し、
複数の上記ゲート(52)のそれぞれの側面には、上記スクリューロータ(30)の上記螺旋溝(40)の上記側壁面(46,47)と摺動する線状の領域であるシールライン(53)が形成され、
上記ゲートロータ(51)の各上記ゲート(52)の上記シールライン(53)を含み、且つ上記ゲートロータ(51)の中心軸(56)と直交する平面がシール平面(55)であり、
上記ゲートロータ(51)の中心軸(56)と直交し、且つ上記スクリューロータ(30)の中心軸(33)となす角が直角である上記シール平面(55)上の直線が基準ライン(70)であり、
上記ゲートロータ(51)が備える複数の上記ゲート(52)のうちの一つが基準ゲート(75)であり、
上記基準ゲート(75)の中心点(CP)が上記基準ライン(70)上に在るときの上記ゲートロータ(51)の位置が基準位置であり、
上記基準位置の上記ゲートロータ(51)において、上記基準ゲート(75)に対して上記スクリューロータ(30)の上記第1端(31)側の隣に位置するゲートが第1ゲート(80)であり、上記基準ゲート(75)に対して上記スクリューロータ(30)の上記第2端(32)側の隣に位置するゲートが第2ゲート(85)であり、
上記第1ゲート(80)の上記シールラインは、上記スクリューロータ(30)の上記第1側壁面(46)に対向する第1前側シールライン(81)と、上記スクリューロータ(30)の上記第2側壁面(47)に対向する第1後側シールライン(82)とを含み、
上記第2ゲート(85)の上記シールラインは、上記スクリューロータ(30)の上記第1側壁面(46)に対向する第2前側シールライン(86)と、上記スクリューロータ(30)の上記第2側壁面(47)に対向する第2後側シールライン(87)とを含み、
上記スクリューロータ(30)の上記側壁面(46,47)と上記シール平面(55)との交線上の任意の点がスクリュー側対象点PSであり、
上記基準位置に位置する上記ゲートロータ(51)において、上記ゲート(52)の上記シールライン(53)上に在って上記スクリュー側対象点PSと向き合う点がゲート側対象点PGであり、
上記スクリューロータ(30)の上記螺旋溝(40)の数NSを上記ゲートロータ(51)の上記ゲート(52)の数NGで除した値がm(=NS/NG)であり、
上記スクリューロータ(30)の中心軸(33)と上記ゲートロータ(51)の中心軸(56)との距離がLであり、
上記第2後側シールライン(87)上の上記ゲート側対象点PGと、該第2後側シールライン(87)と向き合う上記第2側壁面(47)上の上記スクリュー側対象点PSとに関して、上記スクリューロータ(30)の中心軸(33)から上記スクリュー側対象点PSまでの距離がSaであり、上記ゲートロータ(51)の中心軸(56)から上記ゲート側対象点PGまでの距離がRaであり、上記基準ライン(70)から上記ゲート側対象点PGまでの距離がLaであり、上記ゲート側対象点PGにおける上記第2後側シールライン(87)の接線と上記基準ライン(70)とがなす鋭角がθaであり、
上記第1前側シールライン(81)上の上記ゲート側対象点PGと、該第1前側シールライン(81)と向き合う上記第1側壁面(46)上の上記スクリュー側対象点PSとに関して、上記スクリューロータ(30)の中心軸(33)から上記スクリュー側対象点PSまでの距離がSbであり、上記ゲートロータ(51)の中心軸(56)から上記ゲート側対象点PGまでの距離がRbであり、上記基準ライン(70)から上記ゲート側対象点PGまでの距離がLbであり、上記ゲート側対象点PGにおける上記第1前側シールライン(81)の接線と上記基準ライン(70)とがなす鋭角がθbであり、
上記第2前側シールライン(86)上の上記ゲート側対象点PGと、該第2前側シールライン(86)と向き合う上記第1側壁面(46)上の上記スクリュー側対象点PSとに関して、上記スクリューロータ(30)の中心軸(33)から上記スクリュー側対象点PSまでの距離がScであり、上記ゲートロータ(51)の中心軸(56)から上記ゲート側対象点PGまでの距離がRcであり、上記基準ライン(70)から上記ゲート側対象点PGまでの距離がLcであり、上記ゲート側対象点PGにおける上記第2前側シールライン(86)の接線と上記基準ライン(70)とがなす鋭角がθcであり、
上記第1後側シールライン(82)上の上記ゲート側対象点PGと、該第1後側シールライン(82)と向き合う上記第2側壁面(47)上の上記スクリュー側対象点PSとに関して、上記スクリューロータ(30)の中心軸(33)から上記スクリュー側対象点PSまでの距離がSdであり、上記ゲートロータ(51)の中心軸(56)から上記ゲート側対象点PGまでの距離がRdであり、上記基準ライン(70)から上記ゲート側対象点PGまでの距離がLdであり、上記ゲート側対象点PGにおける上記第2後側シールライン(87)の接線と上記基準ライン(70)とがなす鋭角がθdであり、
上記ゲートロータ(51)の中心軸(56)を、上記スクリューロータ(30)から離れる方向へ離間距離δだけ移動させたときの上記ゲートロータ(51)の位置が離間位置であり、
上記スクリューロータ(30)の上記螺旋溝(40)の上記側壁面(46,47)と、上記ゲートロータ(51)の上記ゲート(52)の上記シールライン(53)との隙間の設計値がεであり、
上記ゲートロータ(51)を上記基準位置から上記離間位置へ移動させたときに定まる角度であって、上記第2後側シールライン(87)と、該第2後側シールライン(87)と対向する上記第2側壁面(47)とに関して下記(数式C1)の関係を満たす角度がψaであり、
上記ゲートロータ(51)を上記基準位置から上記離間位置へ移動させたときに定まる角度であって、上記第1前側シールライン(81)と、該第1前側シールライン(81)と対向する上記第1側壁面(46)とに関して下記(数式C2)の関係を満たす角度がψbであり、
上記ゲートロータ(51)を上記基準位置から上記離間位置へ移動させたときに定まる角度であって、上記第2前側シールライン(86)と、該第2前側シールライン(86)と対向する上記第1側壁面(46)とに関して下記(数式C3)の関係を満たす角度がψcであり、
上記ゲートロータ(51)を上記基準位置から上記離間位置へ移動させたときに定まる角度であって、上記第1後側シールライン(82)と、該第1後側シールライン(82)と対向する上記第2側壁面(47)とに関して下記(数式C4)の関係を満たす角度がψdであり、
上記第2後側シールライン(87)における角度ψaの最大値がψa-maxであり、
上記第1前側シールライン(81)における角度ψbの最大値がψb-maxであり、
上記第2前側シールライン(86)における角度ψcの最小値がψc-minであり、
上記第1後側シールライン(82)における角度ψdの最小値がψd-minであり、
上記スクリューロータ(30)と上記ゲートロータ(51)のそれぞれの形状が、ψa-max<ψc-min、ψa-max<ψd-min、ψb-max<ψc-min、及びψb-max<ψd-minの関係を満たす形状である
シングルスクリュー圧縮機。
- 請求項1に記載のシングルスクリュー圧縮機(10)において、
上記ゲート(52)の上記シール平面(55)における上記ゲートロータ(51)の周方向の長さが、上記ゲート(52)の幅であり、
複数の上記ゲート(52)のそれぞれは、上記ゲートロータ(51)の径方向の外側に位置する先端(66)と、上記ゲートロータ(51)の径方向の内側に位置する基端(67)とを有し、
複数の上記ゲート(52)のそれぞれの幅は、上記ゲート(52)の基端(67)と先端(66)の間に位置する中間位置(68)から先端(66)に向かって次第に狭くなる
シングルスクリュー圧縮機。 - 請求項2に記載のシングルスクリュー圧縮機(10)において、
複数の上記ゲート(52)のそれぞれの幅は、上記ゲート(52)の基端(67)から中間位置(68)までの間において一定である
シングルスクリュー圧縮機。 - 請求項2に記載のシングルスクリュー圧縮機(10)において、
複数の上記ゲート(52)のそれぞれの幅は、上記ゲート(52)の基端(67)から中間位置(68)に向かって次第に狭くなる
シングルスクリュー圧縮機。 - 請求項1~4のいずれか一つに記載のシングルスクリュー圧縮機(10)において、
上記第1ゲート(80)と上記第2ゲート(85)のそれぞれの上記シールライン(53)は、第1部分(53a)と、上記螺旋溝(40)の上記側壁面(46,47)との隙間の設計値が上記第1部分(53a)よりも広い第2部分(53b)とを含む
シングルスクリュー圧縮機。
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