JPS6056103A

JPS6056103A - スクリユ−膨張機の給油装置

Info

Publication number: JPS6056103A
Application number: JP16422483A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Takeishi; 雅之武石; Yukihiro Kojima; 幸裕小島
Original assignee: Hokuetsu Industries Co Ltd
Current assignee: Hokuetsu Industries Co Ltd
Priority date: 1983-09-08
Filing date: 1983-09-08
Publication date: 1985-04-01
Also published as: JPH0137563B2

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】技術分野本発明は、流体機械におけるスクリュー膨張機、特にス
クリュー膨張機に対する給油技術に関するものである。

従来技術スクリュー型の流体（ガス）機械を圧縮機として使用す
ることが、以前から行われておシ、シたがってこれに関
する給油方法は数多く提案されているが、膨張機として
使用した場合は少なく、その際の給油手段については明
らかにされていない。

文献によれば、スクリュー型圧縮機は膨張機としても使
用することができるとあって、たとえば噴射式油冷スク
リュー型圧縮機の具体的構造の説明がなされているが、
当該装置においてケーシング内に冷却した多量の潤滑油
を噴射して、ローり間の潤滑、圧縮気体の直接冷却およ
び各部の７一ル作用を行うようにした給油手段は、すべ
て気体圧縮の効率を高めるためのものであって膨張機の
だめの給油方法としては必ずしも適切なものとはいえな
かった。すなわち、′ケーシング内に注入する冷却潤滑
油の噴射方向一つを採ってみても、圧縮機と膨張機とを
同一に論じることができないのである。

目　的そこで本発明は、スクリュー型の流体機械を膨張機とし
て使用する場合、（イ）　吸入側に高圧ガス流体を供給するので、吸入側
端面でのシールを確実に行う必要がある。

（ロ）吸入側から吸入した高圧ガス流体を作用室（シリ
ンダ室）で膨張させて動力を得るところの原動機である
から、作用室間のソールを確実に行う必要がある。

以上のような諸点を考慮して、スクリュー膨張機に最適
な給油手段を提供しようとするものである。

構　成本発明は、（１）スクリュー型流体機械の膨張機において、高圧ガ
ス流体吸入側端面のシールを行うため、高圧ガス流体の
吸入室壁面に開口したノズルを介して前記流体側に向け
て、シール・潤滑用液体を噴射するようにしてなる給油
装置。

（２）スクリュー型流体機械の膨張機において、高圧ガ
ス流体吸入側端面のシールを行うため、高圧ガス流体の
吸入室壁面に開口したノズルを介して前記流体側に向け
て、シール・潤滑用液体を噴射させ、壕だ作用室を区画
する摺動面の潤滑およびシールの為、シリンダー内側へ
噴出されるシール・潤滑用液体の噴射方向をロータの進
行方向に傾斜させて穿設したことよりなる給油装置。

（３）　シリンダ内側において、シール・潤滑用液体を
射出する噴射ノズルの開口位置を、ロータのスクリュー
歯の噛合縁近傍に設けたことを特徴とする上述第２項記
載の膨張機の給油装置。

を特徴とし、今、その一実施例を図面に清って説明する
と下記のとおりである。

第１図は、本発明給油装置を施したスクリューをガス流
体機械の膨張機を原動機として、工場廃熱を利用して構
成した発電システムの概要図を示し、図中、熱交換器（
ｓｌ）には一方に工場から排出される高温流体を通すパ
イプｌが設けられ、他方からポンプ（Ｐ、）を介して送
給される液状の冷媒（ここではフレオンガスＲ−１１，
４）を加熱して気化させ、高温・高圧ガスに変える蒸発
器２が設置されている。熱交換器（Ｓ、）にはさらに、
ポンプ（Ｐ２）を介して送給される潤滑油を高温に加熱
するだめのパイプ３が設けられる。

なお、パイプｌを通過した高温流体の熱エネルギーは熱
交換器（ｓｌ）によって、冷媒の気化および加熱、昇圧
ならびに潤滑油の加熱のために用い尽されて低温流体と
なり熱交換器（Ｓ、）から排出される。

熱交換器（Ｓ、）内で気化し高温・高圧になった冷媒ガ
スは、スクリュー膨張機４の吸入口５側に導かれる。作
用室内で膨張してスクリュー・ロータを回転させた高温
・高圧の冷媒ガスは低温・低圧になって膨張機の吐出口
６側から排出されて分離タンク７内に送込まれ、ここで
冷媒ガスと潤滑油とが分離して、冷媒ガスは熱交換器（
ｓ２）内に設置した凝縮器８を通って液化し、その後ポ
ンプ（Ｐｌ）の吸込側から吸込まれて加圧流体となム熱
交換器（ｓｌ）の蒸発器２内に送給される。

高温・高圧の冷媒ガスによって駆動された膨張機４のス
クリュー・ロータは、発電機９を回して電気を起す。

熱交換器（Ｓ２）内には別に低温熱源を海水とする流体
を導入して、冷媒ガスの通る凝縮器８を冷却し、これを
凝縮、液化させている。

他方、熱交換器（ｓｌ）内に設けられた潤滑油加熱パイ
プ３内を流れて高温に加熱された潤滑油は、これを五つ
の系統に分けて膨張機内に供給し、摺動面の潤滑および
シール作用等に用いる。すなわち、その■は、高温・高
圧の冷媒ガスのスクリュー膨張機４の吸入側端面シール
のだめに、膨張機の吸入室内のガス流体に噴射し、その
■は、膨張機のスクリュー回転軸の高圧側ベアリング潤
滑用に膨張機端板内に送給し、■Ｉは、膨張機の作用室
内の摺動面の潤滑およびシール用として同室内に噴射し
、その■は、膨張機のスクリュー回転軸の低圧側ベアリ
ング潤滑用に膨張機端板内に送給し、■は、膨張機のメ
カニカルシール用として圧入する。それらの膨張機内に
送給された潤滑油は、上記のように冷媒ガスに混入した
まま膨張機内部を移動し、吐出口６からガス諸共、排出
されて分離タンク７内に収容されている間に気液分離が
行われ、ここで分離された潤滑油はタンク７の底部から
ポンプ（Ｐ２）によって吸入され、加圧されて熱交換器
（Ｓｌ）の潤滑油加熱バイブ３内に送給される。熱交換
器（Ｓ、）の加熱パイプ３内を通った高温潤滑油のその
後の作動は前述したとおりである。

かくして、冷媒ガスおよび潤滑油の流れはクローズド・
サイクルを構成している。

本発明スクリュー膨張機、特にその給油装置は上記シス
テムのうちのスクリュー膨張機に対する前述潤滑油の作
用に関する技術である。具体的には上述五系統の潤滑手
段を含む潤滑油の循環系統のうちの一部を構成するもの
であり、以下、順を追って詳述する。

第２図は、本発明スクリュー膨張機の横断面図を示し、
図中、１０は、作用室の外壁を形成する縦断面（図示の
スクリュー・ロータ回転軸に直交する平面に沿う断面図
）が眼鏡形もしくは分銅形のシリンダで、その長手軸方
向両端には端面を封止する各端板１．１、］、２がねじ
止めされ、それぞれシリンダ室内で回転する雌、雄スク
リユー・ロータ１３．１４の回転軸１５．１６を軸支す
るベアリング１７．１８を保持する一方、当該ロータの
各端面との間で接触シールすると共に、その一方には高
圧ガス吸入室１９を他方にはガス吐出室加が設けられて
いる。

■　吸入側端面のシール（第一系統）２１は、高圧側端板１１に設けられ、高温・高圧ガス吸
入室１９に向けて開口した潤滑油噴射ノズルで、作用室
のガス吸入口５に近接して設けられ、ポンプ（Ｐ２）に
よって加圧され、熱交換器（Ｓ、）によって加熱された
潤滑油を高温・高圧ガス中に霧状に噴射して、前記ガス
と共に端板１１に開孔した吸入口を通して作用室内に吸
入される。

作用室は雌、雄スクリユー・ロータ１３．１４の歯の噛
金線とシリンダ１０内壁−と端板１１の端面２２とによ
り区画されている空間よりなり、ロータ１３．１４０回
転に伴なってその容積が次第に拡がるように設けられて
いて、前記作用室は高圧側端板１１に設けた吸入口５に
連通しているときは容積が狭く、連通を絶って、すなわ
ち、閉切って低圧側端板１２側に進行するに伴ガつで容
積が拡がり、やがて低圧側端板１２に開孔した吐出口６
に連通して、作用室内に吸入した高温・高圧ガスを吐出
口６を介して低圧側の吐出室加に解放する。

この間に、吸入口５から吸入した高温・高圧ガスは作用
室内でロータ１３．１４を回転させながらポリトロープ
膨張を続けて低温・低圧ガスに変り、動力を発生する。

今、吸入室１９内に噴射された高温潤滑油は霧状になっ
て高圧ガスに混入し、吸入口５から作用室へガスの流れ
に乗って流入するが、潤滑油の比重はガスのそれよりも
大きいから必ずしもガスの流れに乗りきれず、作用室を
区画するシリンダ内壁面、高圧側端面２２およびロータ
１３．１．４のスクリュー面に衝突、付着して前記面を
潤滑すると共に、これらの面相互およびスクリュー・ロ
ータの高圧側端面の摺動面およびスクリュー噛合線間の
潤滑および同部分に生じる隙間に侵入して効率よくシー
ル作用を奏する。

高圧・冷媒ガスが吸入窓１９内に流入する工程に関連し
て、熱交換器（Ｓｌ）内で加熱された高温の潤滑油を吸
入ガス内に噴射するとき、潤滑油の温度を高圧ガスのそ
れと同等またはそれ以上の高温に加熱し、潤滑油の噴射
によってガスの温度を高めるよう、その結果、少くとも
吸入ガスの圧力低下が生じないように企画されている。

作用室は前述のとおシ雌・雄ロータのスクリュー面、シ
リンダ内壁および高圧端板１１の端面２２により区画さ
れているため、同室内に充満した高温・高圧ガスはロー
タを低圧端板１２側に推し付け、高圧側端面２２とロー
タの端面との間に隙間をつくる傾向が生じるが、高圧ガ
ス中に混在する霧粒状の潤滑油が、その隙間をシールし
てガス漏れを防ぎ、膨張機の効率低下が起きないように
作用する。

ことに吸入口５に近い作用室ではガス圧が高いがら少し
のガス漏れも効率に及ぼす影響が大きいので１摺動面間
隙の７−ルは確実に行われる必要がある。吸入工程に先
立って吸入室１９において高圧ゲス中に潤滑油を噴霧し
ているのは、その為である。

第一系統の潤滑手段は以上のとお９であって、ここに噴
射された潤滑油は、その後の工程のすべての摺動面の潤
滑と隙間のシール作用に関与するものとなる。

■　高圧側ベアリングの潤滑（第二系統）第３図は、本
発明スクリュー膨張機の平断面図を示し、図中、１１は
高圧側端板であって、並列するボールベアリング１７．
−、．１７−、．１７−２．１７−２を保持し、前記の
ベアリングは高圧端板を内側がら貫いてロータ１３．１
４の回転軸１５が延長する、その頚部を軸支している。

ロータの高圧側端面２２とボールベアリングの内輪との
間の回転軸にはブツシュが嵌合してあシ、そめ外周と端
板軸孔との摺動面にはラビリンスが削設されているほか
、端板１１を貫いて高圧側ベアリング潤滑油の給油孔乙
が穿設されている。前記給油孔ηは、さらにブツシュの
周面に設けられだ油溝を介して、もう片側のロータの回
転軸１５を軸支するベアリングを潤滑するため、給油通
路冴に連通し、前記と同様な構造よシなるブッンユの周
面に削設された油溝につながっている。高圧側端板工１
の外側端面には蓋板５がねじ止めされていて、端板１１
との間に高圧側ベアリング室２６が形成され潤滑油の収
容室となっていて、前記ベアリング１７．．１．１７−
２はそれぞれ同室内に露出している。ベアリング室２６
は油回収孔２７（第２図参照）を介して後述するシリン
ダ１０内壁面に開孔する回収孔Ａに連通ずる。

第４図は、シリンダ１０内壁、作用室の展開図であって
、上側水平線は高圧側端面２２で吸入口５側であり、下
側水平線は低圧側端面であって、吐出口６側でちり、中
央線はシリンダ眼鏡形断面の円弧の交叉線、斜線は、ス
クリュー歯先面と７リンダ内壁面との摺動接触線であっ
て、それぞれの区画が作用室の空間を示す。また、矢印
の方向は一一タの進行方向すなわち作用室の移動方向を
、一点鎖線の斜線は膨張用作用空間の終了位置を示すも
のである。Ａは、シリンダ内壁に開口し、高圧側ベアリ
ング室２６、油回収孔２７を通じて作用室に連通してい
る潤滑油回収孔で、前記作用室が吐出口６に連通ずる以
前の位置に設けられる。

Ｂも同様、後述の低圧側ベアリング室３３に溜った低圧
側ベアリング１８の潤滑油等を回収する孔で、同じく作
用室に連通し、前記作用室が吐出口６に連通ずる以前の
位置に開口する。なお、中央の交叉線に沿い、その両側
に穿設されている複数の油噴射孔２９は、シリンダ内壁
とスクリュー歯先面との摺動面の潤滑とシールを行うだ
めの潤滑油噴射孔である。

再び第３図に戻って、図中、給油孔乙に供給された高圧
潤滑油は、給油孔Ｕ等を通って、各ロータ回転軸のブツ
シュに設けられた油槽に導かれ、ここから溢れた潤滑油
は、一方にはブツシュ周面と端板１１に穿設した軸孔と
の間の摺動面のラビリンス構造を潤滑、シールして作用
室からの高圧ガスの漏洩を防ぎ、他方は、高圧側ベアリ
ング側に溢れ出して並列する各ボールベアリング１７−
１．１７−２を強制潤滑し、ベアリングの回転に伴なう
発熱を吸収して、その後流出し高圧側ベアリング室２６
に滞溜する。さきに述べたとおシ、高圧側ベアリング室
２６に溜った潤滑油は油回収孔２７を通ってシリンダ１
０内壁に開口する回収孔Ａに導かれ、ここで低圧側作用
室内のガス媒体に混入し、やがて吐出口６、吐出室側よ
り膨張機外へ排出される。

高圧側ベアリング室％内に滞溜した潤滑油の中には高圧
ガス媒体が大量に溶は込んでいる（冷媒ガスを作用流体
として使用した場合）から、同室内に溜った潤滑油が回
収孔Ａから低温・低圧の作用室内に回収されたときに潤
滑油から溶解ガスが蒸発して作用室内でガス膨張作用を
起こし、エネルギ回収のために一役担うこととなる。

また、回収孔Ａから潤滑油を作用室内に噴射させるため
に、シリンダ内壁とスクリュー歯先面との摺動面の潤滑
およびソール作用を生じる。

Ｉｌｌ　膨張室噴射用（第三系統）第２図を参照して、図中−１１０は、前述したように作
用室の外壁を形成する縦断面が眼鏡形もしくは分銅形の
シリンダで、その眼鏡形断面の円弧の交叉線に近いシリ
ンダ壁面を貫き、それぞれロータに設けたスクリューの
歯の進行方向、好ましくはスクリュー歯先の移動方向に
傾けて複数本の潤滑油噴射孔２９を穿設する。油噴射孔
２９の外端は、シリンダ１０外側に設けた潤滑油貯溜室
に開口しており、同室には熱交換器（Ｓｌ）内の加熱パ
イプ３を通って加熱され、ポンプ（Ｐ２）により加圧さ
れた潤滑油を給油孔路を介して供給し、噴射孔２９を通
してロータの回転に伴ないスクリュー歯が進行する方向
に向って作用室内に高温潤滑油を噴射する。噴射孔２９
は、またロータのスクリュー歯の噛合線付近のシリンダ
壁面に開口するから作用室内に噴射された潤滑油の一部
は、噛合線側にも導かれ、噛合摺動面の潤滑およびシー
ル作用を奏する。

第５図を参照して、図面は雌ロータ１４のスクリュー歯
に直交する平面に活って切断して示す噴射孔２９を含む
一部断面図で、図中、１０はシリンダ、１４は雌ロータ
、２９はシリンダ壁を貫いて斜めに設けられた潤滑油噴
射孔、３０は、雌ロータのスクリュー歯先面の突条、矢
印は、ロータの回転に伴なうスクリュー歯の移動方向を
示す。歯と歯の間の溝部とシリンダ内壁面によって区画
された空間が作用室で、それぞれガス媒体が充満してい
るが、ロータ進行方向上流側の作用室内のガスがより高
温・高圧であって下流側のそれほど、低温・低圧になっ
ている。

噴射孔２９から噴射された潤滑油は、図示のようにスク
リュー歯の突条（９）の進行方向の後側からシリンダ内
壁面とスクリュー歯先面との間に噴射して高圧作用室と
低圧作用室とを区画する突条３０摺動面を潤滑、かつシ
ールして高温・高圧ガスの漏洩を防ぐと共に、ロータの
高速回転に伴ない潤滑油が突条３０の移動に従って行け
ず高圧側で油膜が保てない傾向が生じないよう突条の移
動方向に冶つて噴射する。

作用室内に噴射された高温潤滑油はそのほか、ポリトロ
ープ膨張によって低温・低圧になって来るガス媒体を加
熱してガス圧の低下を防ぎ、効率を上げる効果も奏する
。前記潤滑油は膨張室内の潤滑およびシール作用を果し
た後、ガス媒体と混合して、ガスと一諸に吐出口６から
機外に排出される。

■　低圧側ベアリングの潤滑（第四系統）第２図および
第３図を参照して、図中、１２は低圧側端板であって、
ローラベアリング１８．１８を保持し、前記ベアリング
は低圧側端板を内側から貫いてロータ１３．１４０回転
軸１６が延長する頚部を軸支する。低圧側端板１２側の
構造は高圧側端板のそれと殆んど相違しないが、雄ロー
タ１３の回転軸１６が機外に延長しているだめ、前記軸
と低圧側ベアリング室３３を形成する蓋板３２との間に
メカニカルシール３６が設けられていることおよび低圧
側端板１２には、その内側端面に吐出口６を、それに続
いて吐出室側が連通している点、若干の差異がある。

給油孔３１は端板１２を貫いて回転軸１６のブツシュに
衝当るまで設けてあり、回礼３１から供給された高温・
高圧の潤滑油は、各ロータ回転軸のブッンユ周面と端板
１２との間の摺動面を潤滑・／−ルする一方、低圧側ベ
アリング１８を通ってこれを強制潤滑し、低圧側ベアリ
ング室３３に溜る。低圧側ベアリング室３３は油回収孔
３４を介してシリンダ１０内壁に開口した回収孔Ｂに連
通されていて、室３３に滞溜した潤滑油は回収孔３４お
よびＢを通って低圧側作用室内に射出し、そこでガス媒
体と混合して吐出口６から吐出室側に排出される。

その作用および効果は、高圧側ベアリング潤滑の場合と
殆んど変シがない。

■　メカニカルシールの潤滑（第五系統）第３図を参照
して、回転軸重６が低圧側ベアリング室３３の蓋板３２
を貫通する部分には蓋板に穿設された貫通孔と回転軸１
６との間にシール材３５が詰められているが、さらに外
側にメカニカルシール取付板間をねじ止めして、同板３
８と軸１６との間をメカニカルシール３６によってシー
ルする。取付板３８には給油孔３７を設けて、ここに熱
交換器（Ｓ、）の加熱バイブ３から高温・高圧の潤滑油
を圧入し、メカニカルシール３６を潤滑七九後、メカニ
カルシール室に充満し、シール材３５に滲透して低圧側
ベアリング室３３に移動、滞溜し、低圧側ベアリング潤
滑油と合体する。

スクリュー膨張機における潤滑・ンール油の供給系統は
以上のとおりであるが、本発明給油装置の実施例は、上
述のうちの主として、■、吸入側端面のシール、すなわ
ち第一系統と、■、膨張室噴射用、すなわち第三系統に
属する潤滑油の循環系によって具体化されている。

なお、上記技術の説明は、冷媒ガスを作動源流体とし、
工場廃熱利用の発電装置に使用したスクリュー膨張機の
給油装置に沿って述べたが、スクリュー膨張機に用いら
れる高圧力ス源は必ずしも冷媒ガスに限られるものでは
ない。

たとえば圧搾空気を使用する場合は、吸入側端面シール
および作用室内に供給する潤滑兼シール剤に水を選択す
ることができる。ただし、この際は、ベアリングの潤滑
を別系統にすることを要する。

また、本発明のスクリュー膨張機の使用範囲も、上記実
施例の利用技術の説明に制約されるものではない。要す
るに定常的な高圧ガス流体源、望ましくは適当に高温の
ガス流体源が得られるときには、特に支障のない限シ、
何時、如何なる環境の許でも実施可能であることはいう
までもなく、それに伴って本発明給油装置は当該スクリ
ュー膨張機の効率と耐用年数を大巾に向上させる効果を
奏するものである。

効　果本発明給油装置は以上述べたとおりの構成を備えるので
、高温・高圧流体の吸入側端面における漏洩を効果的に
防止すると共に、作用室相互の区画のシールを確実にし
、また摺動面の潤滑を行うことによシ高圧ガス流体の漏
洩を最小限にとどめ、ロータのスクリュー歯の噛合線近
傍から作用室内に潤滑油を噴射して、前記噛合線および
作用室を区画する摺動面の潤滑およびソール作用と潤滑
油膜の切れがないようにして、作用室相互間で高圧力ス
流体の漏洩が生じることを防ぎ、かつ、スクリュー・ロ
ータの機械的回転抵抗を極力少なくすることによって、
エネルギーの有効利用を図り、効率の高いスクリュー膨
張機を実現させると共に、膨張機全体機構における摺動
面の摩耗量を減少せしめて無闇放遅続運転期間および耐
用年数の延長をもたらすところの給油装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置が施されたスクリュー型流体機械
の膨張機を原動機として使用した工場廃熱利用発電シス
テムの系統図、第２図は、前記膨張機の雄ロータの回転
軸を含む平面により切断して示す横断面図、第３図は同
膨張機の平断面図、第４図は、膨張機のシリンダ内壁お
よび作用室の展開図、第５図は、膨張機の雌ロータのス
クリュー歯に直交する平面で切断して示す一部横断面図
である。４・・・スクリュー膨張機、５・・・吸入口、６・・吐
出口、１０・・・シリンダ、１１・・・高圧側端板、１
２・・・低圧側端板、１３・・・雄ロータ、１４・・・
雌ロータ、１５．１６・・・回転軸、１７・・・高圧側
ベアリング、１８・・・低圧側ベアリング、１９・・・
吸入室、加・・・吐出室、２１・・・噴射ノズル、２２
．２８．３１および３７・・・給油孔、２６・・・高圧
側ベアリング室、２７．３４、ＡおよびＢ・・油回収孔
、２９・・・油噴射孔、３０・・・突茶、３３・・・低
圧側ベアリング室、３５・・・プール材、３６・・・メ
カニカルシール代理人　弁理士　永　１）　浩　−１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　スクリュー型流体機械の膨張機において、高圧
ガス流体吸入側端面のシールを行うため、高圧ガス流体
の吸入室壁面に開口したノズルを介して前記流体側に向
けて、７−ル・潤滑用液体を噴射するようにしてなる給
油装置。
（２）スクリュー型流体機械の膨張機において、高圧ガ
ス流体吸入側端面のシールを行うため、高圧ガス流体の
吸入室壁面に開口したノズルを介して前記流体側に向け
て、シール・潤滑用液体を噴射させ、また作用室を区画
する摺動面の潤滑およびシールの為、シリンダー内側へ
噴出されるシール・潤滑用液体の噴射方向をロータの進
行方向に傾斜させて穿設したことよシなる給油装置。
（３）　シリンダ内側において、シール・潤滑用液体を
射出する噴射ノズルの開口位置を、ロータのスクリュ：
歯の噛合線近傍に設けたことを特徴とする特許請求の範
囲第２項記載の膨張機の給油装置。