JPH0242190A - スクリュ流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スクリュ流体機械に係り、特に高性能および
高信頼性を確保するのに好適なケーシング構造を有する
スクリュ流体機械に関するものである。

〔従来の技術〕

スクリュ流体機械の基本的な構造は、特公昭５６−１７
５５９号公報に詳細に記載されているが、この種の圧縮
機ではロータ間のすきまおよびロータ。

ケーシング間のすきまが性能に支配的な因子の一つにな
っている。これらのすきまが小さいほど圧縮機の性能は
向上するが、一方で、すきまをあまり小さくし過ぎると
、機械の損傷をもたらす恐れがあるので、安全上適当な
大きさのすきまを予め確保しておく必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

スクリュ流体機械の運転中のすきまは、常温で静止して
いるときと比べてかなり異る。この違いの原因としては
、主に熱変形とロータ軸のたわみとが挙げられる。

熱変形の影響は、特に無給油式の場合において著しい１
例えば、圧縮比８で空気を圧縮する無給油式スクリュ圧
縮機の場合、運転時には高圧側の空気温度が３００℃を
超えることもあり、このため、ロータやケーシングは熱
変形し、内部のすきまは常温で静止しているときに比べ
て大きく変る。

熱変形量は特に吐出口に近い所で大きい。

ロータ間のすきまについては、特公昭６１−４７９９２
号公報に記載されているように、雌雄ロータの熱膨脹を
予め補償したすきま設計が行われ、運転中適切なすきま
が確保されている。

一方、ロータを収納しているケーシングのボア内壁も運
転時に熱変形し、ロータ歯先部とケーシングボア内壁と
の間のすきま（以下、ロータ、ケーシング間すきまと称
する）に影響を与える。

一般に、計算によれば、ロータ軸に直角な断面内におけ
るケーシングボア内壁の変形は、同一断面内において吐
出口に近い所で半径方向外向きに大きく、その程度の軸
方向分布を見ると高圧端面に近い所はど大きくなってい
る。ボアの軸直角断面内で高圧口の反対側に相当する部
分は熱変形が少なく、しかも必ずしも半径外向きの熱変
形ではなく、場所によっては半径内向きに変形している
所もある。

ボア内壁の半径外向きの変位が大きいと、ロータ、ケー
シング間すきまが大きくなり、漏れ損失が増える。特に
、高圧口に近い所ではロータ歯溝間の圧力差が大きいの
で、わずかなすきまの増大も性能に大きく影響する。

ロータ自身にも熱膨脹があるので、運転中のロータ、ケ
ーシング間すきまは、ボア壁面の半径方向外向藍からロ
ータ歯先部の変位量を差引いたものとなる。従来、ロー
タ、ケーシング間すきまの設計に熱変形を考慮するとき
、ロータの熱変形のみを考慮してケーシングボアの変形
分を無視していた。

ケーシングボアの変形は、前記のように、高圧口に遠い
所では小さく、その他の所では一般に半径外向きに変位
するので、上記のような設計法は安全な設計法ではある
。しかし、吐出口に近い所では半径外向きにボア壁がロ
ータ歯先から逃げるように変形するため、ロータ、ケー
シング間すきまが大きくなる。

次に、ガス荷重によるロータのたわみを考える。

容易に推察できるように、ガス荷重は高圧側から低圧側
に向って作用するので、ロータの半径たわみの方向も高
圧側から低圧側に向い、熱変形の場合と同じように高圧
口に近いロータ、ケーシング間すきまが増大する。ガス
荷重によるたわみは無給油式に限らず、給油式でも同様
に大きい。

以上に述べたように、従来のスクリュ流体機械では、運
転中、高圧口に近いロータ、ケーシング間すきまが大き
くなり、性能を低下させているという問題があった。

本発明は、上記従来技術における課題を解決するために
なされたもので、高圧口附近におけるロータ、ケーシン
グ間すきまを運転中も小さく押え、漏れ損失を低減して
エネルギ効率を向上しうるスクリュ流体機械を提供する
ことを、その目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係るスクリュ流体
機械の構成は、平行な２軸上に形成され互いに噛み合っ
て回転する雄ロータおよび雌ロータと、低圧口と高圧口
とを有し、かつ少なくとも互いに交差し前記雄ロータお
よび雌ロータをそれぞれ収容する雄、雌ロータ用のボア
壁を有するケーシングとを備えたスクリュ流体機械にお
いて、雄ロータ側ボア壁および雌ロータ側ボア壁の少な
くとも高圧口に近い部分が、ケーシング母材とは熱膨脹
をともなう変形挙動の異なる熱機能性材料で形成された
ものである。

なお付記すると、上記目的は、ケーシングボア壁の高圧
口に近い部分を、形状記憶合金、バイメタル、低熱膨脹
材などからなる板、すなわ・ちケーシング母材とは温度
変形に対する挙動が異なる材料からなる変形補償板で構
成し、運転中の高温時におけるケーシング母材のボア壁
の変形を、ケーシング母材と変形補償板との熱変形挙動
の差を利用して補償することによって、達成される。

〔作用〕

上記技術的手段による働きを次に述べる。

熱機能材料で形成された変形補償板は、高圧口から遠い
一部分でケーシングに固定されてケーシングボア内壁面
の一部を形成し、常温時には補償板の裏側はケーシング
母材と接している。

流体機械が運転状態に入り、ケーシングの温度が上昇す
ると、この補償板の裏側と接しているケーシングの壁は
半径外向きに変形するが、補償板は固定部以外はケーシ
ングから離れ、ケーシングの変形に対して相対的に半径
内向きに変形する。

補償板を内貼りした部分では、前記ロータ、ケーシング
間すきまは補償板の内壁とロータ歯先との間のすきまと
して形成されるので、上記のように補償板がケーシング
に対して相対的に半径内向、きに変形することにより、
ロータ、ケーシング間のすきまは運転時にも小さく保た
れる。これによって、流体の内部漏れが減り、高いエネ
ルギ効率が得られる。

〔実施例〕

以下１本発明の各実施例を第１図ないし第６図を参照し
て説明する。

第１図は１本発明の一実施例に係るオイルフリースクリ
ュ圧縮機の縦断面図、第２図は、第１図のＩ−Ｉ線矢視
断面図、第３図は、第２図のボア壁面展開図、第４図は
、第２図の高圧口附近の拡大断面図、第５図は、運転時
における第２図の高圧口附近の拡大断面図である。

第１，２図において、２はケーシング、３は雄ロータ、
４は雌ロータ、５，６は、雄ロータ３の低圧口側、高圧
口側のロータ軸、７，８は、このロータ軸５，６を支持
するラジアル軸受、９は。

ロータ軸６部を支持するスラスト軸受、１０は、ロータ
軸５の端部に設けた駆動用の歯車、１１は、ロータ軸６
の端部に設けた同期用の歯車である。

また、１２は、ケーシング２に形成された低圧室、１３
は低圧口、１４は高圧口、１５は、ケーシング２に形成
された高圧室、１６．１７は、それぞれ圧縮ガスをシー
ルする軸封袋［１８゜１９は、それぞれ潤滑油をシール
する軸封装置、２０は、圧縮作動室を冷却するための冷
却水を導いたジャケットである。

より詳しくは、スクリュ圧縮ａ１は、ケーシング２と、
第２図に示すように雄ロータ３と雌ロータ４とを備えて
いる。雌雄一対のロータには第２図に示すような断面を
持つねじれた歯が刻まれ、これらの歯は回転同期装置に
より互いに非接触状態で微小なすきまを介して、あたか
も互いに噛み合うようにして回転するものである。

第１図のように、Ｉ＆ロータ３は、その両側にロータ軸
５，６を有し、ラジアル軸受７，８およびスラスト軸受
９で支持されている。＠には示していないが雌ロータ４
も同様に支持されている。

雄ロータ３は、歯車１ｏを介して、図示しないモータお
よび歯車機構により駆動される。ロータ軸６の端には前
記の同期装置として歯車１１が取付けられ、雌ロータ側
の歯車とかみ合って雌ロータに回転を伝えるように構成
されている。

このようなスクリュ圧縮機において、本実施例では第１
図のように、軸方向に対してケーシングボア内壁の高圧
口１４寄り内壁に熱機能性材料で形成された変形補償板
（以下単に補償板という）２１が取付けられている。

この補償板２１は、第２図に示すように、雄ロータ３側
のボア内壁２３および雌ロータ４側のボア内壁２４の両
方にわたって拡がり、それぞれロータ外周円と狭いすき
まをはさんで対接し、ボア内壁の一部を形成している。

第３図は、補償板を取付けた附近のボア内壁を平面に展
開して示したものである。

第３図に示す陰影部２５は雄ロータ側のボア内壁２３上
の補償板、陰影部２６は雌ロータ側のボア内壁２４上の
補償板を示す、２７は、両ボア内壁２３．２４の交差線
を示す、２８は、高圧口１４の一部でロータの半径方向
に開いた高圧目部分を示す。

第４図は、第２図における補償板附近の拡大図である。

第４図に示すように、補償板２１はボア内壁の交差部か
ら遠い点でボルト２９および３０によすそれぞれケーシ
ング２に固定されている。ボルト２９．３０で固定した
附近における補償板２１とケーシング２との間の境界面
３１および３２に漏れ止めパツキンをはさむこと、ある
いは漏れ止めのための接着剤を塗ることは本発明の効果
を上げるために有効である。

前記補畳板２１は、例えば形状記憶合金で作られ、高温
時の熱変形の様子がケーシング母材の熱変形とは異なっ
た形態（変形挙動）を示すものである。

本実施例のスクリュ圧縮機の作用を説明する。

モータの駆動によって雄ロータ３および雌ロータ４が、
ケーシング２内の特にボア内壁２３゜２４内で回転する
。ガスは低圧室１２から低圧口１３を経て、互いに噛み
合う碓雌ロータ３，４による圧縮作動室に取り込まれ圧
縮されたのち、高圧口】、４から高圧室１５に吐出され
る。圧縮作動室および特に高圧ロ１４．高圧室１５は高
温になる。

このとき、本実施例の補償板２１は次のように作用する
。

すなわち、第５図に示すように、高温時にはケーシング
２の膨張を打消す方向に変形し、補償板２１の裏側とケ
ーシング２との間にすきまが形成される。このため、補
償板部分のボア壁とロータ外周円とのすきまは従来のよ
うに大きくはならず圧縮ガスの内部漏九を低減できる。

前記補償板２１は、単にケーシング２の熱変形を補償す
るだけでなく、運転中のロータのたわみ分も補償できる
。

本実施例によれば、オイルフリースクリュ圧縮機の運転
中のロータ、ケーシング間すきまを小さくし内部漏洩を
押えることができるので、エネルギ効率を向上させる効
果がある。

次に、第６図は、本発明の他の実施例に係るオイルフリ
ースクリュ圧縮機のボア壁面展開図である０図中、第３
図と同一符号のものは、先の実施例と同等部分であるか
ら、その説明を省略する。

第６図に陰影部をもって示す補償板２５Ａ。

２６Ａの境界線の一部、すなわち補償板縁２９゜３０は
、錐雌ロータの歯先のヘリックス線に沿った形状に形成
されている。このような形状にすることにより、補償板
２５Ａ、２６Ａとケーシング２母材との間のすきまから
圧縮ガスが漏洩するのを減らすことができる。

なお、上記各実施例では、補償板に形状記憶合金を用い
た場合について述べたが、このほかに、バイメタルや低
熱膨脹材を用いることもできる。

いずれの場合も、運転時の補償板のボア面の半径方向の
変位がケーシング母材の熱変形とロータのたわみとによ
るロータ、ケーシング間すきまの増加を打消すように補
償板の特性を選ぶ必要がある。

また、上記各実施例は、オイルフリースクリュ圧縮機に
ついて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、
給油式圧縮機に対しても、圧縮機に限らず真空ポンプや
膨張機に対しても、同様の効果が期待される範囲で汎用
的に適用されるものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、高圧口附近におけ
るロータ、ケーシング間すきまを運転中も小さく押え、
漏れ損失を低減してエネルギ効率を向上しうるスクリュ
流体機械を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るオイルフリースクリ
ュ圧縮機の縦断面図、第２図は、第１図のＩ−Ｉ腺矢視
断面図、第３図は、第２図のボア壁面展開図、第４図は
、第２図の高圧口附近の拡大断面図、第５図は、運転時
における第２図の高圧口附近の拡大断面図、第６図は、
本発明の他の実施例に係るオイルフリースクリュ圧縮機
のボア壁面展開図である。 ２・・・ケーシング、３・・・雄ロータ、４・・・雌ロ
ータ。 １４・・・高圧口、２１，２５，２６，２５Ａ、２６Ａ
・・・補償板、２３．２４・・・ボア内壁、２７・・・
交差線、冨 Ｚ 図 ３−−−Ｅｌコーク ４−−一起庄コータ ２３、２４−−−ボ′ア内壁 茅 図 図 冨 図 第 乙 図 ｚ７−−−交差抹刺

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平行な２軸上に形成され互いに噛み合つて回転する
   雄ロータおよび雌ロータと、低圧口と高圧口とを有し、
   かつ少なくとも互いに交差し前記雄ロータおよび雌ロー
   タをそれぞれ収容する雄、雌ロータ用のボア壁を有する
   ケーシングとを備えたスクリュ流体機械において、雄ロ
   ータ側ボア壁および雌ロータ側ボア壁の少なくとも高圧
   口に近い部分が、ケーシング母材とは熱膨脹をともなう
   変形挙動の異なる熱機能性材料で形成されたことを特徴
   とするスクリュ流体機械。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、熱機能
   性材料の部分とケーシング母材との間の境界線の一部が
   、ロータの歯先のヘリックス線に沿つていることを特徴
   とするスクリュ流体機械。