JPH06174106A

JPH06174106A - 無給油式圧縮機の軸封装置

Info

Publication number: JPH06174106A
Application number: JP33150492A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Togo; 秀明東後
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【目的】ロータの熱膨張により、非接触式シールのシ
ール部の隙間が小さくなるのを防止し、シール性能を安
定させ、かつ安定した運転を可能にした無給油式圧縮機
の軸封装置を提供する。【構成】スクリュロータ３のロータ軸１４の周囲を取
り囲むとともに、ロータ室７と軸受４との間に位置する
固定環１０と回転環１１とからなる非接触式シール６を
備えるとともに、圧力調節弁２１を設けたシールガス供
給流路用の第１流路２３から、固定環１０および回転環
１１の互いに対向するシール面８，９の間にシールガス
の供給を受ける無給油式圧縮機の軸封装置において、吐
出流路３１の温度を検出して、検出温度がシール面８，
９の間の間隔の異常狭小に結び付く値を示す場合には、
圧力調節２１弁に対して、圧力を増大させる信号を出力
する温度調節計３２を設けて形成してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧縮ガスが、例えば毒
性がある等、有害である場合に好適な非接触式シールを
用いた無給油式圧縮機の軸封装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、無給油式圧縮機の軸封装置とし
て、ガス圧縮用ロータの軸の周囲を取り囲むとともに、
ロータ室と軸受箱との間に位置する固定環と回転環とか
らなる非接触式シールを備え、この固定環と回転環の互
いに対向するシール面の間にシールガス（例：Ｎ_２等の
不活性ガス）の供給を受けるようにした非接触式シール
を用いた軸封装置が公知である（特開平４−１１２９９
１号公報）。この種の軸封装置は、固定環と回転環の各
シール面間の隙間を小さくして、シールガスの消費量を
少なくすることができ、またメカニカルシールのように
潤滑油を使用しないために圧縮ガスへの油の混入はな
く、無給油式圧縮機の特性を損なわない等の優れた特性
を有している。

【０００３】一方、この非接触式シールを用いた軸封装
置の場合、シールガス流路が小さいため、詰まりが生じ
易く、また接触摩擦によりシール面を破損してガス漏れ
を起こし易いという面も備えている。これを防止するた
めに、シールガスの供給流路から上記固定環，回転環と
の間の隙間を通って、シールガス排出流路へと続く流路
の上記供給流路と排出流路との間の差圧を一定の範囲内
に保つようにするとともに、差圧がこの範囲から外れた
場合には、上記排出流路からシールガスを供給するよう
にした装置が発明されている（特願平３−１０４１６６
号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特願平３−１０４
１６６号に記載の発明の場合、シールガスの供給流路と
排出流路との間の差圧を一定範囲内に保つようにしてあ
る。ところが、圧縮機の場合、圧縮により吐出側のガス
温度が上昇するため、ロータの温度も上昇する。この結
果、ロータが熱膨張するが、ロータの軸方向の動きは、
スラスト軸受により制限されているので、吐出側にスラ
スト軸受がある場合、吸込側に向かってロータは熱膨張
することになる。この際、固定環と回転環との間の微小
な隙間（μｍオーダ）にてシール作用を生じている非接
触式シールの、この隙間の大きさがロータの熱膨張によ
り変化する。このため、上記隙間が小さくなり過ぎ、シ
ールガス流量が減少する等によりシール性能が不安定に
なったり、焼付き等の問題が生じることが考えられる。
このことは、図７〜９によっても裏付けられる。

【０００５】図７〜９は、無給油式スクリュ圧縮機の場
合のシールガスの状態変化を示している。このうち、図
７は、運転状態が、吸込圧力−１０２ｍｍＡｑ，吐出圧
力０．５ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ，吸込温度２０°Ｃ，吐出温度
７６°Ｃの場合における、シールガスの供給圧力（ｋｇ
／ｃｍ^２）とシールガス流量（ＮＭ^３／ｈ）との関係を
示し、計画値に比べて実際のシールガス流量はかなり小
さくなっており、特に三角印でプロットした吸込側の軸
封装置において著しく、これと同様の現象は、図８，９
においても現れている。

【０００６】また、図８は、圧縮機の吐出圧力（ｋｇ／
ｃｍ^２Ｇ）とシールガス供給圧力（ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ），
シールガス流量（Ｎｍ^２／ｈ）との関係を示し、シール
ガス供給圧力を略一定に保った場合、吐出圧力の増大と
ともに、特に吸込側の軸封装置におけるシールガス流量
の低下が著しい。図９は、圧縮機の吐出温度（°Ｃ）と
シールガス供給圧力（ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ），シールガス流
量（Ｎｍ^２／ｈ）との関係を示し、シールガス供給圧力
を略一定に保った場合、吐出温度の上昇とともに、特に
吸込側の軸封装置におけるシールガス流量の低下が著し
い。本発明は、上記従来の問題点を課題としてなされた
もので、ロータの熱膨張によるシール部の隙間の縮小を
防止し、シール性能を安定させ、かつ安定した運転を可
能とした無給油式圧縮機の非接触式軸封装置を提供しよ
うとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１発明は、ガス圧縮用ロータの軸の周囲を取り囲
むとともに、ロータ室と軸受部との間に位置する固定環
と回転環とからなる非接触式シールを備えるとともに、
圧力調節弁を設けたシールガス供給流路から、上記固定
環および回転環の互いに対向するシール面の間にシール
ガスの供給を受ける無給油式圧縮機の軸封装置におい
て、上記固定環と回転環との間の間隔の大きさ、或はこ
の間隔の変化に結び付く変化を呈する状態量の内の少な
くともいずれかを検出し、検出値が上記間隔の異常狭小
に結び付く値を示す場合には、上記圧力調節弁に対し
て、圧力を増大させる信号を出力する手段を設けて形成
した。

【０００８】また、第２発明は、ガス圧縮用ロータの軸
の周囲を取り囲むとともに、ロータ室と軸受部との間に
位置する固定環と回転環とからなる非接触式シールを備
えるとともに、流量調節弁を設けたシールガス供給流路
から、上記固定環および回転環の互いに対向するシール
面の間にシールガスの供給を受ける無給油式圧縮機の軸
封装置において、圧力調節弁を設けた加圧流体流路から
の加圧流路の作用により、上記ロータ軸に対する吸込側
から吐出側に向かう方向のスラスト力を発生させるバラ
ンスピストンと、上記固定環と回転環との間の間隔の大
きさ、或はこの間隔の変化に結び付く変化を呈する状態
量の内の少なくともいずれかを検出し、検出値が上記間
隔の異常狭小に結び付く値を示す場合には、少なくとも
圧力調節弁に対して、圧力を増大させる信号を出力する
手段を設けて形成した。

【０００９】

【作用】上記発明のように構成することにより、ロータ
の熱膨張により、非接触式シール、特に吸込側の非接触
式シールの固定環に対して回転環が異常接近する可能性
が生じた場合には、固定環と回転環とを離すように作用
する力の大きさが増大するようになる。

【００１０】

【実施例】次に、本発明の一実施例を図面にしたがって
説明する。図１，図２は、第１発明の第１実施例に係る
軸封装置１を適用した無給油式スクリュ圧縮機を示し、
ケーシング２内に互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロ
ータ３が軸受４により回転可能に支持してある。また、
スクリュロータ３と軸受４との間にはカーボンリング等
によるシール５と軸封装置１の一部をなす非接触式シー
ル６とが設けてあり、スクリュロータ３を収納したロー
タ室７からの圧縮ガスの機外への漏洩を防ぐように形成
してある。

【００１１】非接触式シール６は、微小間隔（μｍオー
ダ）を介して互いに対向するシール面８，９を有する固
定環１０と回転環１１とからなり、固定環１０をロータ
軸長手方向に摺動可能に、かつばね１２により回転環１
１のシール面８に向けて付勢した状態で、中間部材１３
を介してケーシング２に支持させる一方、回転環１１を
ロータ軸１４と一体回転可能に設けてある。また、ケー
シング２および中間部材１３に固定環１０側のシールガ
ス流通孔である第１ガス孔１５と、ケーシング２に回転
環１１側のシールガス流通孔である第２ガス孔１６が穿
設してあり、この第１ガス孔１５を回転環１１のシール
面８に連通させる貫通孔１７が固定環１０内に穿設して
ある。

【００１２】一方、図示しないシールガス供給源より圧
力調節弁２１，流量計２２を経て第１ガス孔１５に至る
第１流路２３と、第２ガス孔１６より三方切換弁２４を
経て戻し流路２５に至る第２流路２６と、この第２流路
２６を三方切換弁２４を介して第１流路２３に連通させ
る第３流路２７とが設けてある。ここで、流量計２２は
第１流路２３内のシールガス流量を検出するとともに、
検出流量が予め設定したシールガス流量の上，下限値の
範囲内である場合には、三方切換弁２４のａ，ｂポート
を連通させてシールガスを第１流路２３から第２流路２
６を経て戻し流路２５に導き、上記検出流量が上記範囲
外である異常時の場合には、三方切換弁２４のａ，ｃポ
ートを連通させて、第２流路２６を戻し流路２５とは遮
断し、第１流路２３と連通させて、第２ガス孔１６にも
シールガスを供給するようにしたものである。なお、本
実施例では、この異常時の場合には図１中※印で示す信
号に基づいてアラームを発するとともに、圧縮機を停止
させるように形成してある。

【００１３】また、第１流路２３，第２流路２６には両
流路間の差圧を検出し、この差圧に基いて圧力調節弁２
１の開度を変えて、非接触式シール６に供給するシール
ガスの流量を調節する開度調節手段２８が設けてある。
さらに、圧縮機の吐出流路３１には、吐出温度検出可能
に温度調節計３２が設けてあり、検出温度が設定値以上
となる、異常に高い値を示す場合には、圧力調節弁２１
に対して圧力を増大させる信号、即ち開度を増大させる
信号を出力するように形成してある。以上、本実施例で
は、軸封装置１は、非接触式シール６，第１流路２３，
第２流路２６，温度調節計３２、および圧力調節弁２１
を備えたものとなっている。

【００１４】次に、上記構成からなる軸封装置１の動作
について説明する。非接触式シール６が、破損、詰まり
もない正常な状態にあるときには、流量計２２によるシ
ールガス流量の検出値は上記上，下限値の範囲内にあ
り、流量計２２からの信号により三方切換弁２４はａ，
ｂポートが連通した状態になっている。したがって、第
１流路２３より第１ガス孔１５を経て供給されるシール
ガスは貫通孔１７を経てシール面８，９間を通って図２
中矢印にて示すようにロータ室７側に向かって流れ、第
２ガス孔１６，第２流路２６を経て、戻し流路２５へ送
り出される。そして、このシールガスの流れにより、シ
ール面８，９は微小な隙間で、非接触状態に保たれると
ともに、ロータ室７からの圧縮ガスの機外（図中右方）
への漏洩は阻止されている。また、圧縮機の作動中にお
けるシールガス流量の変動に対応して開度調節手段２８
により圧力調節弁２１の開度が変えられ、上記流量が調
節される。

【００１５】これに対して、例えばシールガス流路の詰
まりが生じると、シールガス流量が低下し、流量計２２
による検出値が上記下限値以下となる。また、例えばシ
ール面８，９が破損するとシールガス流量が増大し、上
記検出値は上記上限値を超えることになる。このよう
に、上記検出値が上記上，下限値の範囲外になると、流
量計２２からの信号により三方切換弁２４のａ，ｂポー
トを遮断して、ａ，ｃポートを連通させることにより第
３流路２７，第２流路２６を経て、第２ガス孔１６より
シールガスを供給して、ロータ室７から圧縮ガスが機外
へ漏洩するのを阻止するようになっている。さらに、こ
の場合には、上述したように、流量計２２から※印で示
す信号によりアラームを発するとともに、圧縮機を停止
させ、圧縮ガスの漏洩防止の徹底化を図ってある。

【００１６】さらに、温度調節計３２による検出温度が
異常に高くなると、温度調節計３２からの信号によっ
て、圧力調節弁２１の開度が増大し、第１流路２３にお
けるガス流量が増大する。この結果、シールガスの供給
圧力が上昇し、固定環１０と回転環１１との間の間隔が
適正に保たれ、両者の接触による事故が防止される。即
ち、吐出温度が異常に高い場合、ロータ温度も高くロー
タが熱膨張して、ロータ側から固定環１０と回転環１１
との間の間隔、特に固定環１０と回転環１１との間の間
隔を狭める方向の力が生じるが、上記供給圧力を上昇さ
せて固定環１０と回転環１１とを離す方向の力を大きく
して、固定環１０と回転環１１とが異常接近するのを防
止するようになっている。

【００１７】図３は、第１発明の第２実施例に係る軸封
装置１ａを適用した無給油式スクリュ圧縮機を示し、図
１，２に示す装置とは、温度調節計３２に代えて流量調
節計３３を設けた点を除き、他は実質的に同様であり、
互いに対応する部分には同一番号を付して説明を省略す
る。この第２実施例では、流量調節計３３により第１流
路２３におけるシールガスの流量を検出し、検出流量が
設定値よりも小さい場合、即ち異常に流量が小さい場
合、圧力調節弁２１に対して、開度を増大させる信号を
出力させるように形成してある。これにより、第１実施
例の場合と同様に、固定環１０と回転環１１との異常接
近を防止している。なお、流量計２２と流量調節計３３
は機能的には同種のものであり、上記第２実施例におい
て流量調節計３３を省いて、流量計２２により、上記同
様に圧力調節弁２１の開度調節を行わせるようにしても
よい。

【００１８】図４は、第１発明の第３実施例に係る軸封
装置１ｂを適用した無給油式スクリュ圧縮機を示し、図
１，２に示す装置とは、温度調節計３２に代えて固定環
１０に埋設した非接触式の隙間測定センサ３４、および
隙間伝送器３５をを設けた点を除き、他は実質的に同様
であり、互いに対応する部分には同一番号を付して説明
を省略する。この第３実施例では、隙間測定センサ３４
により直接固定環１０と回転環１１の間の隙間の大きさ
を検出し、検出値を隙間伝送器３５に入力し、隙間伝送
器３５から圧力調節弁２１に対して制御信号を出力する
ように形成してある。そして、上記隙間の大きさが異常
に小さい場合には、第１，第２実施例と同様に圧力調節
弁２１の開度を大きくして、シールガス流量を増大さ
せ、シールガス供給圧力を高め、固定環１０と回転環１
１との間の隙間を大きくするようになっている。これに
より、第１，第２実施例の場合と同様に、固定環１０と
回転環１１との異常接近を防止している。

【００１９】なお、上記第１〜第３実施例において、図
１，３および４中二点鎖線にて示すように、第１流路２
３にアキュムレータ３６を設けてもよい。これにより、
三方切換弁２４のａ，ｃポートを連通させる上記異常時
に、シールガスを第２ガス孔１６にも供給する際に、第
１流路２３へのシールガス供給源の容量が十分大きくな
い場合にも、アキュムレータ３６内のシールガスで必要
量を確保できるようになる。また、上記第１〜第３実施
例において、図１，３および４中一点鎖線にて示すよう
に、第１流路２３と第３流路２７との分岐部の上流側に
圧力スイッチ３７を設けて、この箇所の流路内の圧力を
検出させ、検出圧力が予め定めた設定値よりも低い場合
には戻し流路２５と第２流路２６とを連通させるように
三方切換弁２４の流路を強制的に切換えさせ、その他の
場合、即ち第１流路２３からガス供給がなされている正
常な場合には、上記第１発明と同様の運転に切換えさせ
るようにしてもよい。

【００２０】そして、これにより装置起動の際、シ−ル
ガスの導入開始時に流量計２２による検出圧力が上記設
定値以下の場合でも、第１流路２３から非接触シ−ル６
を経て第２流路２６へとシ−ルガスを流して流量計２２
による検出圧力を上昇させて円滑に正常運転に移行する
ようになる。さらに詳説すれば、装置起動前は第１流路
２３内のシ−ルガス流は止められており、三方切換弁２
４はａ，ｃポ−トが連通した状態になっている。そし
て、この状態でシ−ルガスを導入すると第１流路２３を
流れる前に第３流路２７を流れ、第１流路２３内を流れ
るシ−ルガス量が少なくなる。この結果、流量計２２に
よる検出圧力は予め設定した上，下限値の範囲内に入ら
ず装置の起動ができなくなってしまうおそれがある。

【００２１】このように、第１流路２３内のシ−ルガス
流量が少なくなるのは、第３流路２７から非接触シ−ル
６に流れたガス圧力が第１流路２３からのシ−ルガスの
入口である第１ガス孔１５におけるガス圧力よりも高く
なり、第１流路２３からシ−ルガスが流れ難くなるから
である。これに対して、圧力スイッチ３７を設けること
により、斯る不具合はなくなる。即ち、装置起動時のよ
うに第１流路２３内のガス圧力が設定値よりも低い場合
には圧力スイッチ３０により強制的に三方切換弁２４を
ａ，ｂポ−ト連通の状態にするようなる。そして、斯る
不具合のないシ−ルガスが流れている正常運転状態では
第１発明と同様の運転が行われる。

【００２２】この設定値はできるだけ小さく、０に近い
ほうが好ましく、このように小さくすることによりシ−
ルガス流量を０にする直前まで圧縮ガスの機外への漏洩
を防止することができる。また、圧力調節弁２１の駆動
部は図示しない計装ラインの空気を用いた空気式のもの
の他、電気式、自力式でもよく、その形式は問わない。
さらに、三方切換弁２４に代えて第２流路２６と戻し流
路２５，第２流路２６と第３流路２７との間に二つの二
方弁を設けてもよい。その他、第３流路２７の第１流路
２３への合流箇所は圧力調節弁２１の入側であってもよ
い。図１〜４では、吐出側に設けた軸封装置１，１ａ，
１ｂを示したが、この各々は吸込側にも設けられる。

【００２３】図５は、第１発明の第１実施例に係る軸封
装置１と同様に吐出温度に基づいて非接触シールの隙間
調節するようにした第２発明の第１実施例に係る軸封装
置４１を適用した第１の無給油式スクリュ圧縮機を示
し、吸込口４２，吐出口４３を形成したケーシング４４
内に互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータ４５を収
納するとともに、これをその両側のロータ軸４６，４７
にてラジアルおよびスラスト軸受４８により回転可能に
支持してある。そして、モータ４９，駆動歯車５０，従
動歯車５１，ロータ軸４７を介してスクリュロータ４５
を回転させ、これにより吸込口４２から吸込んだガスを
圧縮して、吐出口４３に吐出するように形成してある。
また、軸受４８とスクリュロータ４５との間にはカーボ
ンシール５３、および上記非接触式シール６と同様の構
成からなる非接触式シール５４が設けてあり、この非接
触シール５４はロータ軸４６，４７とともに一体回転す
る回転環５５と、ロータ軸４６，４７の長手方向に摺動
可能に、かつ非回転状態でケーシング４４側に支持され
た固定環５６とからなっている。

【００２４】一方、図示しないシールガス供給源に通
じ、中間部に一例として自力式の圧力調節弁５７、およ
び吸込側圧力調節弁５７ａ，吐出側圧力調節弁５７ｂを
備えた第１流路５８と、図示しないシールガス戻し流路
に至る第２流路５９と、ケーシング４４に上記固定環５
６に連通するように穿設した第１貫通孔６０と、同じく
ケーシング４４にカーボンリングシール５３に連通する
ように穿設した第２貫通孔６１とが設けてある。ここ
で、圧力調節弁５７は第１流路５８と第２流路５９との
間の差圧により弁開度を調節するものである。即ち、第
１流路５８の圧力が高くなる程、圧力調節弁５７の開度
は小さくなってゆく。

【００２５】一方、吸込側圧力調節弁５７ａは吸込圧力
に対応して、また吐出側圧力調節弁５７ｂは吐出圧力に
対応してそれぞれ第１貫通孔６０，第２貫通孔６１へ供
給するガス圧を調節するものである。そして、第１流路
５８から第１貫通孔６０，非接触シール５４，カーボン
リングシール５３，第２貫通孔６１を経て、第２流路５
９へとシールガスを流すことによりスクリュロータ４５
の部分から軸受４８側へガスが漏れるのを阻止するよう
になっている。また、ロータ軸４６の端部にはバランス
ピストン６２が空間６３内を摺動可能に設けてあり、そ
の反ロータ側空間６３ａには、第１流路５８から分岐さ
せた第３流路６４により吐出圧力と一定の関係を有する
圧力のシールガスを導いて、バランスピストン６２に対
してこのシールガスの圧力を作用させるように形成して
ある。そして、ロータ軸４６に対して逆スラスト力を生
じさせて、軸受４８に作用するスラスト力を軽減させて
ある。

【００２６】さらに、バランスピストン６２のロータ側
には、バランスピストン６２に対して反ロータ側に向か
う方向の力を作用させるばね６５が設けてあり、例えば
圧縮機の起動時のように吐出圧力の上昇前で、吐出側か
ら吸込側に向かう方向のスラスト力が小さい場合でも、
スクリュロータ４５，ロータ軸４６，４７を上記スラス
ト力と同方向に押圧して、これらががたつくことにより
軸受４８が破損するのを防止するようになっている。以
上、バランスピストン６２および第３流路６４を設ける
ことによりスラスト荷重軽減装置が形成されている。

【００２７】さらに、本実施例では、吐出流路３１に、
吐出温度検出可能に温度調節計６６と、第３流路６４に
圧力調節弁６７が設けてあり、温度調節計６６による検
出温度が設定値異常となる、異常に高い値を示す場合に
は、温度調節計６６からの信号により圧力調節弁６７の
開度を大きくさせて、バランスピストン６２の背圧を高
めさせるように形成してある。このように、軸封装置４
１は、非接触式シール５４，温度調節計６６，第３流路
６４，バランスピストン６２を備えたものとなってい
る。そして、これによりロータ軸４６に作用する逆スラ
スト力を強め、第１発明の場合と同様に、固定環５６と
回転環５５とが異常接近するのを防止するようにしてあ
る。図５中符号ｘ同志は連続することを示している（図
６についても同様）。

【００２８】なお、圧力調節弁６６を設けずに、温度調
節計３２からの信号を圧力調節弁１７ｂに導いて上記同
様の制御を行うようにしてもよい。また、図５に示す装
置では、第３流路６４によりシールガスの圧力を直接バ
ランスピストン６２の反ロータ側に作用させているが、
これに代えて、この反ロータ側にダイヤフラムを設けて
このダイヤフラムを介して上記圧力をバランスピストン
６２に作用させるようにしてもよい。ところで、図示し
ていないが、図１〜４に示す装置の第２流路２６，第３
流路２７と同様の流路により、第１流路５８のシールガ
ス圧力が異常に高い場合、又は異常に低い場合にはこれ
を検出して、第１流路５８のシールガスを第２貫通孔６
１に導くとともに圧縮機を停止させるようになってい
る。

【００２９】また、図５では、第１流路５８の吐出側か
ら分岐させた第３流路６４を設けたものを示したが、吸
込側圧力調節弁５７ａの出側で分岐させて、バランスピ
ストン６２の反ロータ側に通じるように形成してもよ
い。上記第３流路６４のガス圧は吐出圧力に対応して調
節されるので、バランスピストン６２に作用する圧力も
変動するが、作用圧を一定に保ちたい場合は、上記のよ
うに吸込側の方からバランスピストン６２を加圧するよ
うにする。この場合にはガス圧は吸込圧力より若干高め
で、略一定であるので、バランスピストン６２には略一
定の力で加圧できる。

【００３０】さらに、第３流路６４の分岐部は圧力調節
弁５７，５７ａ，１７ｂの出側，入側のいずれでもよ
く、逆スラスト力の大きさはバランスピストン６２の受
圧面積を適宜定めることにより行えばよい。その他、圧
力調節弁４７として自力式のものを示したが、これに代
えて空気式又は電気式でもよく、その形式は問わず、こ
の場合、この圧力調節弁の開度を温度調節計６６からの
信号により制御させるようにしてもよい。さらに、第１
流路５８，第２流路５９のそれぞれに圧力調節弁を設け
てもよい。

【００３１】図６は、第１発明の第１実施例に係る軸封
装置１と同様に吐出温度に基づいて非接触シールの隙間
調節するようにした第２発明の第２実施例に係る軸封装
置４１ｂを適用した、第２の無給油式スクリュ圧縮機を
示し、図５に示す装置とはこのスラスト荷重軽減装置を
除き、他は実質的に同一であり、互いに対応する部分に
は同一番号を付して説明を省略する。図示するように、
このスラスト荷重軽減装置は液体タンク７１と、液体タ
ンク７１の下部の液体部分をバランスピストン６２の反
ロータ側に連通させるとともに、圧力調節弁７２を設け
た液体流路７３と、液体タンク７１の上部空間部を吐出
口４３、または吐出流路３１に連通させるガス流路７５
を設けることにより形成してある。そして、液体を介し
てバランスピストン６２に吐出圧力を作用させることに
より、バランスピストン６２を直接吐出ガスに触れさせ
ることなく逆スラスト力を発生するように形成してあ
る。この場合、温度調節計６６により液体流路７３に設
けた圧力調節計７２の開度を調節するようになってい
る。

【００３２】ところで、このガス流路７５に代えて、図
６中二点鎖線にて示すように、液体タンク７１の上部空
間に第１流路５８から分岐させたガス流路７５ａを導く
ようにしてもよい。なお、図５，６に示す装置におい
て、温度調節計３２によるバランスピストン６２の背圧
の調節に代えて、或はこの調節とともに、第１流路５８
に流量調節計３３を設けて、第１発明の第２実施例と同
様に、或は固定環５６に隙間測定センサ３４を設けると
ともに、隙間伝送器３５を設けて第１発明の第３実施例
と同様に、シールガス供給圧力を調節するようにしても
よい。なお、第１発明，第２発明において回転環１１，
５５は自己潤滑性のある材料から形成するのが良く、例
えば二硫化モリブデンを使うか、或はポリテトラフルオ
ロエチレン（ＰＴＦＥ）コーティングを施すのが好まし
い。

【００３３】このように自己潤滑性のある材料を用いる
ことにより、例えば必ずしもシールガスの供給が可能で
あるとは限らない装置据付時でも、ロータを回転させて
運転調節が可能となり、また実運転中でもシールガスの
供給が停止した場合に、ロータ回転の停止までの間にシ
ール面が焼付きを起すのを防止できる。また、上記各実
施例ではスクリュ式圧縮機について説明したが、本発明
はスクリュ式のものに限るものではない。さらに、第
１，第２発明とも、シールガス用の流路は図１〜６に示
すものに限定するものでなく、非接触式シールの固定
環，回転環の異常接近に結び付く減少を検出した際に、
シールガス供給圧力を高め得る構成であればよい。その
他、第１発明の第１〜第３実施例を併用したもの、およ
びこの各実施例と上記第２発明に係る装置の上記各構成
を組合わせたものであってもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、第１発
明は、ガス圧縮用ロータの軸の周囲を取り囲むととも
に、ロータ室と軸受部との間に位置する固定環と回転環
とからなる非接触式シールを備えるとともに、圧力調節
弁を設けたシールガス供給流路から、上記固定環および
回転環の互いに対向するシール面の間にシールガスの供
給を受ける無給油式圧縮機の軸封装置において、上記固
定環と回転環との間の間隔の大きさ、或はこの間隔の変
化に結び付く変化を呈する状態量の内の少なくともいず
れかを検出し、検出値が上記間隔の異常狭小に結び付く
値を示す場合には、上記圧力調節弁に対して、圧力を増
大させる信号を出力する手段を設けて形成した。

【００３５】また、第２発明は、ガス圧縮用ロータの軸
の周囲を取り囲むとともに、ロータ室と軸受部との間に
位置する固定環と回転環とからなる非接触式シールを備
えるとともに、流量調節弁を設けたシールガス供給流路
から、上記固定環および回転環の互いに対向するシール
面の間にシールガスの供給を受ける無給油式圧縮機の軸
封装置において、圧力調節弁を設けた加圧流体流路から
の加圧流路の作用により、上記ロータ軸に対する吸込側
から吐出側に向かう方向のスラスト力を発生させるバラ
ンスピストンと、上記固定環と回転環との間の間隔の大
きさ、或はこの間隔の変化に結び付く変化を呈する状態
量の内の少なくともいずれかを検出し、検出値が上記間
隔の異常狭小に結び付く値を示す場合には、少なくとも
圧力調節弁に対して、圧力を増大させる信号を出力する
手段を設けて形成した。

【００３６】このため、ロータの熱膨張により、非接触
式シール、特に吸込側の非接触式シールの固定環に対し
て回転環が異常接近する可能性が生じた場合には、固定
環と回転環とを離すように作用する力の大きさが増大す
るようになり、シール部の隙間が小さくなるのを防止
し、シール性能を安定させ、かつ安定した運転が可能に
なる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１発明の第１実施例に係る軸封装置を適用
した無給油式スクリュ圧縮機の全体構成図である。

【図２】上記圧縮機の部分断面図である。

【図３】第１発明の第２実施例に係る軸封装置を適用
した無給油式スクリュ圧縮機の全体構成図である。

【図４】第１発明の第３実施例に係る軸封装置を適用
した無給油式スクリュ圧縮機の全体構成図である。

【図５】第２発明の第１実施例に係る軸封装置を適用
したスクリュ圧縮機の全体構成図である。

【図６】第２発明の第２実施例に係る軸封装置を適用
したスクリュ圧縮機の全体構成図である。

【図７】無給油式スクリュ圧縮機におけるシールガス
供給圧力とシールガス流量との関係を示す図である。

【図８】無給油式スクリュ圧縮機における吐出圧力と
シールガス供給圧力，シールガス流量との関係を示す図
である。

【図９】無給油式スクリュ圧縮機における吐出温度と
シールガス供給圧力，シールガス流量との関係を示す図
である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ軸封装置３スクリュロー
タ４軸受６非接触式シー
ル７ロータ室８，９シール面１０固定環１１回転環１４ロータ軸２１圧力調節計２３第１流路３１吐出流路３２温度調節計３３流量調節計３４隙間測定センサ３５隙間伝送器４１，４１ｂ軸封装置４５ス
クリュロータ４６，４７ロータ軸５４非接触式シ
ール５５固定環５６回転環５７圧力調節弁５８第１流路６２バランスピストン６６温度調節計６７圧力調節計

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年２月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】図７〜９は、無給油式スクリュ圧縮機の場
合のシールガスの状態変化を示している。このうち、図
７は、運転状態が、吸込圧力−１０２ｍｍＡｑ，吐出圧
力０．５ｋｇ／ｃｍ２Ｇ，吸込温度２０°Ｃ，吐出温度
７６°Ｃの場合における、シールガスの供給圧力（ｋｇ
／ｃｍ２Ｇ）とシールガス流量（Ｎｍ３／ｈ）との関係
を示し、計画値に比べて実際のシールガス流量はかなり
小さくなっており、特に三角印でプロットした吸込側の
軸封装置において著しく、これと同様の現象は、図８，
９においても現れている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】また、図８は、圧縮機の吐出圧力（ｋｇ／
ｃｍ２Ｇ）とシールガス供給圧力（ｋｇ／ｃｍ２Ｇ），
シールガス流量（Ｎｍ³／ｈ）との関係を示し、シール
ガス供給圧力を略一定に保った場合、吐出圧力の増大と
ともに、特に吸込側の軸封装置におけるシールガス流量
の低下が著しい。図９は、圧縮機の吐出温度（°Ｃ）と
シールガス供給圧力（ｋｇ／ｃｍ２Ｇ），シールガス流
量（Ｎｍ³／ｈ）との関係を示し、シールガス供給圧力
を略一定に保った場合、吐出温度の上昇とともに、特に
吸込側の軸封装置におけるシールガス流量の低下が著し
い。本発明は、上記従来の問題点を課題としてなされた
もので、ロータの熱膨張によるシール部の隙間の縮小を
防止し、シール性能を安定させ、かつ安定した運転を可
能とした無給油式圧縮機の非接触式軸封装置を提供しよ
うとするものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】次に、上記構成からなる軸封装置１の動作
について説明する。非接触式シール６が、破損、詰まり
もない正常な状態にあるときには、流量計２２によるシ
ールガス流量の検出値は上記上，下限値の範囲内にあ
り、流量計２２からの信号により三方切換弁２４はａ，
ｂポートが連通した状態になっている。したがって、第
１流路２３より第１ガス孔１５を経て供給されるシール
ガスは貫通孔１７を経てシール面８，９間を通って図２
中矢印にて示すようにロータ室７側および軸受側に向か
って流れ、ロータ室側は第２ガス孔１６，第２流路２６
を経て、戻し流路２５へ送り出される。そして、このシ
ールガスの流れにより、シール面８，９は微小な隙間
で、非接触状態に保たれるとともに、ロータ室７からの
圧縮ガスの機外（図中右方）への漏洩は阻止されてい
る。また、圧縮機の作動中におけるシールガス流量の変
動に対応して開度調節手段２８により圧力調節弁２１の
開度が変えられ、上記流量が調節される。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】そして、これにより装置起動の際、シ−ル
ガスの導入開始時に流量計２２による検出流量が上記設
定値以下の場合でも、第１流路２３から非接触シ−ル６
を経て第２流路２６へとシ−ルガスを流して流量計２２
による検出流量を上昇させて円滑に正常運転に移行する
ようになる。さらに詳説すれば、装置起動前は第１流路
２３内のシ−ルガス流は止められており、三方切換弁２
４はａ，ｃポ−トが連通した状態になっている。そし
て、この状態でシ−ルガスを導入すると第１流路２３を
流れる前に第３流路２７を流れ、第１流路２３内を流れ
るシ−ルガス量が少なくなる。この結果、流量計２２に
よる検出流量は予め設定した上，下限値の範囲内に入ら
ず装置の起動ができなくなってしまうおそれがある。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】符号の説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【符号の説明】１，１ａ，１ｂ軸封装置３スクリュロー
タ４軸受６非接触式シー
ル７ロータ室８，９シール面１０固定環１１回転環１４ロータ軸２１圧力調節計２３第１流路３１吐出流路３２温度調節計３３流量調節計３４隙間測定センサ３５隙間伝送器４１，４１ｂ軸封装置４５スクリュロ
ータ４６，４７ロータ軸５４非接触式シ
ール５５固定環５６回転環５７圧力調節弁５８第１流路６２バランスピストン６６温度調節計６７圧力調節計

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図３】

【図２】

【図４】

【図５】

【図７】

【図６】

【図８】

【図９】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス圧縮用ロータの軸の周囲を取り囲む
とともに、ロータ室と軸受部との間に位置する固定環と
回転環とからなる非接触式シールを備えるとともに、圧
力調節弁を設けたシールガス供給流路から、上記固定環
および回転環の互いに対向するシール面の間にシールガ
スの供給を受ける無給油式圧縮機の軸封装置において、
上記固定環と回転環との間の間隔の大きさ、或はこの間
隔の変化に結び付く変化を呈する状態量の内の少なくと
もいずれかを検出し、検出値が上記間隔の異常狭小に結
び付く値を示す場合には、上記圧力調節弁に対して、圧
力を増大させる信号を出力する手段を設けて形成したこ
とを特徴とする無給油式圧縮機の軸封装置。
【請求項２】ガス圧縮用ロータの軸の周囲を取り囲む
とともに、ロータ室と軸受部との間に位置する固定環と
回転環とからなる非接触式シールを備えるとともに、流
量調節弁を設けたシールガス供給流路から、上記固定環
および回転環の互いに対向するシール面の間にシールガ
スの供給を受ける無給油式圧縮機の軸封装置において、
圧力調節弁を設けた加圧流体流路からの加圧流路の作用
により、上記ロータ軸に対する吸込側から吐出側に向か
う方向のスラスト力を発生させるバランスピストンと、
上記固定環と回転環との間の間隔の大きさ、或はこの間
隔の変化に結び付く変化を呈する状態量の内の少なくと
もいずれかを検出し、検出値が上記間隔の異常狭小に結
び付く値を示す場合には、少なくとも圧力調節弁に対し
て、圧力を増大させる信号を出力する手段を設けて形成
したことを特徴とする無給油式圧縮機の軸封装置。