JPH0443884A - 液注入式スクリュ流体機械 - 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〕 本発明は液注入式スクリュ流体機械におけるケーシング
ボアの形状に関する。

〔従来の技術〕

気体を取り扱うスクリュ流体機械には、作動室に油や水
などの液体を噴射して気液混相状態の流体に対して作用
を行う液噴射式と、作動室には液を全く噴射しないで気
相だけの流体に対して作用を行う乾式とがある。

本発明で対象とする液噴射式は、噴射液の冷却作用、シ
ール作用、あるいは、潤滑作用により、低速運転でも高
い効率が得られ、汎用の空気圧縮機、空調機用圧縮機、
真空ポンプ、あるいは、膨張機として広く普及している
。

液噴射式スクリュ流体機械は、例えば、特公昭４０−１
２４３１号公報に提案され、また、詳しい構造が、例え
ば、特公昭４２−１００２７号公報に開示されている。

雌雄一対のロータにはねじれた山が刻まれ、山と山との
間に形成される溝が作動空間となる、ロータの外周部及
び端部は、一部を除いて、せまい隙間を介してケーシン
グと接し、ロータは実質的にケーシングに包みこまれた
状態に収納されている。従って、ロータに刻まれた各溝
は流体の出し入れの時期を除いて実質的に閉じた空間を
形成している。

ロータの滑らかな回転を保証するため、実際には両ロー
タの間、及び、ロータとケーシングとの間には小さなす
きまが設けられ、ここから作動流体が漏洩する。しかし
、液噴射式では溝の中に油等の液が噴射され、この液が
隙間をシールするので、低速運転で高い効率が得られる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、液噴射式は低速運転で高い効率が得られ
る特徴があるが、一方で、装置の据付面積の縮小や素材
等の省資源の立場から、高速化し・て処理風量当りの装
置容積、及び、装置重量を減らす要求が高まっている。

しかし、液噴射式を高速で運転すると、噴射した液の攪
拌動力が大きくなり、流体機械の効率が低下する。以下
、これを油冷式圧縮機の場合について第７図により説明
する。

この図は油冷式スクリュ圧縮機雌ロータ側の作動室の一
部をロータ軸に垂直な断面で切断した図である。図にお
いて、１はケーシング、２は雌ロータで雌ロータの山３
及びケーシングに設けられたボアの内壁７で囲まれた作
動空間５には作動ガスが閉じこめられ矢印６のようなロ
ータの回転に伴って作動ガスが圧縮される。この作動ガ
スの圧力は各溝毎に異っている。一方、山３とケーシン
グ４のボア内壁面７との間には狭い隙間が設けられてい
るが、ボア内壁面７には油の薄い層が形成されていて、
この油がすきまを埋めて、溝から溝へのガスの漏れをシ
ールする。ボア内壁面７に比較的豊富に油が存在するの
は、ロータの回転による遠心力で、油が内壁面に振り飛
ばされて集まるためである。

十分なシール効果を出すには油の量はある程度多くしな
ければならないが、一方でボア内壁面に付着した油はロ
ータの歯先でかき集められ、８のように、ロータの進行
方向にかたまってロータの運動に対して抵抗となる。こ
れは雄ロータ側でも同様である。

このようにかき集められた油の塊８はロータの回転が進
むにつれて大きくなり、雌雄両ロータのケーシングボア
の内壁面７及び９の交点１０で互いに相手ロータにかき
集められてきた油と合流する。合流した油はロータの回
転方向には行き場がなくなり、次には両ロータの歯先に
押されて両ボアの交線に沿って吐出口方向へ移動する。

かき集められる油の量は吐出口に近くなるほど多くなり
。

ロータの回転に逆らう抵抗も大きくなる。このような油
による抵抗は当然ロータの回転速度が大きいほど大きく
なる。

このように、従来の液噴射式スクリュ圧縮機では、ロー
タ歯先にかき集められた油の塊がロータの回転の抵抗に
なることに対して考慮されておらず、特に、高速化する
ことに問題があった。

以上は油噴射式スクリュ圧縮機の例を述べたが油以外の
液を噴射するときも、また、圧縮機にかかわらず真空ポ
ンプでも同様の問題があった。

本発明の目的は、ロータの歯先前方にかき集められた油
の塊をロータ歯先の後方に逃がし、スクリュ流体機械の
効率を向上することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、圧縮側における
雌雄ボア交線附近の、ボア内壁半径を他の部分より大き
くしたものである。

さらに、噴射液のみを効率よくロータ歯先の後方に逃が
すために、内壁半径をロータ歯先の進行方向に両ボア交
線に向って次第に大きくなるように変化させたものであ
る。

さらに、簡単な加工で効果を得るため、両ボア交線の尖
角部を平らに削り落したものである。

〔作用〕

前記のように、圧縮側の両ボア交線附近のボア半径を拡
大することにより、ロータ歯先とボア内壁との間の隙間
が大きくなり、ロータにかき集められた油の塊は、作動
空間とロータ歯先後方の作動空間との間の圧力差により
ロータ歯先の後方に排除される。このため、ロータの運
動に逆らう抵抗が小さくなり、ロータの回転動力が減少
する。

ボア半径を大きくする部分を圧縮側の両ボア交線附近に
限るため、ボア内壁面と歯先との間のすきまに油膜が切
れることはない。従って、すきまを大きくしたにもかか
わらずガスが漏れるおそれはなく、特に、高速運転に適
した効率の高いスクリュ流体機械が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図の油噴射
式スクリュ圧縮機について説明する。

第１図において、雄ロータ１１は軸受１３及び１４を介
して、また、雌ロータ２は軸受１５及び１６を介して、
それぞれ、ケーシング１及び吐出側ケーシング１７に回
転自在に取付けられる。ケーシング１と吐出側ケーシン
グ１７とは図示していないボルトによって互いに固定さ
れている。

雄ロータ及び雌ロータには、それぞれ、第２図に示すよ
うに、歯３及び１２が刻まれていて、これらの歯の間の
溝と両ロータを覆うケーシング１によって作動空間が形
成される。両ロータが、それぞれ、矢印６及び１３の方
向に回転することにより、三次元的な両ロータのかみ合
いによって各溝容積が変化し、容積形流体機械としての
作動が行われる。ここでは、両ロータがかみ合いに入る
側のボア交点１０を圧縮側のボア交点、反対側のボア交
点３１を膨張側のボア交点と呼ぶ。ボア交線についても
同様である。第１図において、雄ロータの軸１８の端に
はプーリ１９が取付けられ、図示していないベルトを介
して電動機などにより駆動される。駆動方式は、もちろ
ん、プーリの代わりにギヤ、あるいは、駆動源の軸との
直結式であってもよい。本実施例では、雌ロータは雄ロ
ータとのかみ合いにより、直接、駆動されるが、両ロー
タの軸端に同期歯車を取付けて、両ロータを互いに非接
触でかみ合わせる構造とすることもできる。

駆動軸１８には軸封装［２０が取付けられ、軸受１３、
及び、１５を潤滑した油が圧縮機の外部に漏れないよう
に軸１８の外表面をシールする。

ケーシング１の側壁には孔２１が設けられ、ロータに向
けて油が噴射される。この油は作動気体の冷却と摺動部
隙間のシールのほか、かみ合い部の潤滑を行い、高圧に
なった気体とともに吐出口２１から圧縮機の外部に吐出
され、図示されてし）ないオイルセパレータの中で気体
から分離され、冷却器で冷却された後、再び、圧縮機内
部に噴射されるｔ 本実施例では、油がロータに向けて、直接、噴射される
が油は低圧口から作動ガスとともにロータ内に吸込ませ
る構造であっても本発明の効果は変らない。

別の給油口２２からも油が供給され、吸込側軸受１３及
び１５を潤滑した後、軸孔と軸との間の隙間２３及び２
４を通ってロータに吸込まれる。

さらに、別の給油口２５からも油が供給され、その一部
はロータを収納するボア内に、直接、入り。

残りは吐出側軸受１４及び１６を潤滑した後、孔２６を
経てボアに流入する。これらの油はロータ内で噴射油と
混合し、気体とともに吐出口に吐きだされる。

ボア内壁のうち、吸込行程中のロータ溝に面した部分に
は第１図及び第２図の２７及び２８に示す逃がし部を設
けである。これは歯先とボア内壁との間の、油を介した
摺動損失をなくすためのもので、吸込行程では各溝の圧
力は互いにほとんど等しいので歯先とボア内壁面との間
の隙間が大きくても漏れ損失を生し、ないため、このよ
うな逃がしは従来から設けられている。

圧縮行程や吐出行程の溝に面したボア内壁面の大部分の
領域では、漏れ損失を減らすために、ロータ歯先とボア
内壁面との間の隙間は安全な運転が確保される範囲でで
きる限り小さくなるように設定される。しかし、本実施
例では、第２図に示すように、両ボアの圧縮側交点１０
の附近で雄側ボアの点２７から交点１０までの間、また
雌側ボアの点２８から交点１０までの間のボア半径を他
の部分よりも拡大しである。

このボア半径を拡大した部分の領域を第３図のボア展開
図上に示す。本図は第２図のボア内壁面７及び９を膨張
側ボア交点３１を境に切り開いたものである０図におい
て３２から３３，３７゜３８及び３９を経て３２に至る
線で囲まれた閉区間が雄ロータ側のボア壁面、また、３
４から３３゜３７．３６及び３５を経て３４に至る線で
囲まれた閉区間が雌ロータ側のボア壁面に相当する。

２１は吐出ポートであり、雄ロータ側の３８から３９ま
での間及び雌ロータ側の３６から３５までの間はボアの
吐出端面に、また、雄ロータ側の３２から３３までの間
及び雌ロータ側の８３から３４までの間はボアの吸込端
面に相当する。さらに、３３と３７を結ぶ直線４９は両
ボアの圧縮側交線である。４０及び４１で代表される二
点鎖線群はある回転角におけるロータ歯先のへリックス
の展開線である。

４２から３３．４５及び４６を経て４２に至る線で囲ま
れた区間４７、並びに、４３から３３．４５及び４４を
経て４３に至る区間４８が、本発明におけるボア半径拡
大部である。本実施例ではボア拡大部は、圧縮側ボア交
線４９をはさんで雄側及び雌側のボアに分布し、軸方向
には、吸込端側から始まり、吐出口方向に延びているが
吐出端までは至らず、途中で終っている。

吸込端側は必ずしも吸込端から始まらなくても、本発明
の第二の実施例である第４図のように吸込端からいくら
か離れた位置から始まって吐出口側に延びるようにして
もよい。

本実施例によれば、雄ロータ歯先１２及び雌ロータ歯先
３によって両ボアの圧縮側交線４９附近に寄せ集められ
た油は、ボアの半径方向の拡大部の空間を通って、歯先
後方に逃がされるので、歯先の前方の油が減り、ロータ
回転に逆らう抵抗を減らすことができる。両ボアの圧縮
側交線４９から離れた部分では寄せ集められた油の量は
十分ではなく、もし、ボア内壁半径が大きいと油膜が切
れて気体の漏れを生じ圧縮機の効率を低下させる。

しかし１本実施例では、ボア内壁半径の拡大部分を両ボ
アの圧縮側交線４９の近くに限定しているので、このよ
うに油膜が切れるおそれはない。

また、吐出口に近い所では、隣り合う溝と溝との間の圧
力差が大きいので、ボア半径が大きいと油膜が切れるお
それがあり１本実施例では、ボア半径の拡大部は吸込口
側寄りに限定している。しかし、油量が十分あり、また
、回転速度が大きいときは吐出口近くにおける漏れがそ
れ程性能に影響しないこともあり、このような場合には
ボア半径の拡大部を吐出口に至るまで延長することもで
きる。ボア半径の拡大部が広ければ広いほどロータに及
ぼす油の抵抗は小さくなるので、油膜が切れない純色内
でボア半径の拡大部を大きくした方が良い。

第４図のようにボア拡大部を吸込端側からいくらかでも
離すことにより、吸込端面近くで半径の変化がないので
、ボア径の測定がし易くなり、加工精度管理上都合が良
い。ボア拡大部から吸込端までの距離は３ｍｍから５−
程度の範囲にあれば十分である。

本発明の第三の実施例を第５図に示す。図において１は
ケーシング、９及び７は、それぞれ、雄側及び雌側のボ
ア内壁面、１０は両ボアの圧縮側交点である。ロータの
図示は省略しである。本実施例では雄ロータ側のボア内
壁面９の５２から５１に向いボア半径が次第に大きくな
る。同様に雌ロータ側のボア内壁面７の５０から５１に
向いボア半径が次第に大きくなる。本実施例によれば、
寄せ集められた油量が最も多いボア交線上でボア半径の
拡大量が最も大きく、油の逃げる通路面積に無駄がなく
なる。従って、種々の給油条件や運転条件に対して油膜
の切れるおそれが非常に少なくなる。

本実施例ではさらに、ロータ歯先がボア半径拡大部にさ
しかかったとき、急激な歯先すきまの拡大がないのでロ
ータに加わる衝撃が少なく、静かな運転ができる。

本発明の第四の実施例を第６図に示す。図において１は
ケーシング、９及び７はそれぞれ雄側及び雌側のボア内
壁面、１０は両ボアの圧縮側交点である。本実施例では
１両ボアの圧縮側交点１０の近くで雄側の５３から雌側
の５３までの間に直線、または、円弧上の切り込みを入
れる。この方法は加工が簡単で、しかも、本発明の効果
を発揮でき、工業上非常に有効である。

第５図及び第６図の実施例は、第２図の実施例と同様、
ボア半径拡大部の軸方向分布範囲を第３図及び第４図の
ように吸込端側に寄せるのが効果的である。

以上は本発明を油冷式スクリュ圧縮機に適用した場合の
実施例であるが、本発明は圧縮機に限らず真空ポンプに
も適用でき、また、噴射液は油に限らず水及びその他の
液体の場合についても効果は同様である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ケーシングボア壁に沿って回転運動を
するロータ歯先前方に集まる油塊が効果的にロータ歯先
後方に排除されるので、ロータ回転に逆らう油の抵抗が
減る。しかも、油塊を逃がすボア半径の拡大部は油塊の
多い部分に限られるので拡大部から作動気体が逃けるお
それがなく、エネルギ損失の少ないスクリュ流体機械が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の油冷式スクリュ圧縮機の縦
断面図、第２図は第１図のｎ−ｎ線断面図、第３図は第
２図のボア内壁面の展開図、第４図は本発明の第二の実
施例のボア内壁面の展開図、第５図及び第６図は本発明
のそれぞれ第三及び第四の実施例におけるケーシングの
主要部の拡大断面図、第７図は従来のスクリュ流体機械
の説明図である。 １・・・ケーシング、２・・・雌ロータ、３・・・雌ロ
ータ歯先、７・・・雌ロータ側ボア内壁面、９・・・雄
ロータ側ボア内壁面、１０・・・両ボアの圧縮側交点、
１１・・・雄ロータ、１２・・・雄ロータ歯先、４７・
・・雄ロータ側ボア半径拡大部、４８・・・雌ロータ側
ボア半径拡ネ　１　図 早２　の 革 図 垢 ４ｍ ＋ 茶 渾 乙 図 ！ 十

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交差する二つのボアで形成された空間、前記空間の
   一方の側に連通して形成された低圧口及び他方の側に連
   通して形成された高圧口を有するケーシングと、複数の
   山及び前記山の相互間に存在する複数の溝がらせん状に
   形成された雌雄一対のロータとを備え、これら前記一対
   のロータが前記ボア内にかみ合つた状態で納められ、前
   記一対のロータと前記ケーシングとの間に複数の作動空
   間が形成されるスクリュ流体機械において、 前記低圧口及び前記高圧口のいずれにも連通しない行程
   にある前記溝に面した前記ボア内壁面のうち、圧縮側に
   おける前記両ボア交線の近傍のボア半径を前記ボアの内
   壁面の他の部分のボア半径よりも拡大したことを特徴と
   する液注入式スクリュ流体機械。