JPS6293491A - スクリユ−圧縮機 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、空気、冷媒及びその他のガスを圧縮するスク
リュー圧縮機に関する。

〔発明の背景〕

従来のスクリュー圧縮機の構造は例えば特公昭５６−１
７５５！］に示されている。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圧縮空
間となる。ロータの外周部及び端部は、ガスの吸込口と
吐出口を除いて、せまいすきま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込まれた形にな
っている。このため、ロータに刻まれた溝は吸込行程及
び吐出行程以外は閉じた空間を形成し、この空間容積が
ロータの回転に伴って変化（縮少）することによりガス
の吸込み、圧縮及び吐出が行われる。

この圧縮機では、ロータ聞及びロータケ−シンして、高
圧側の溝から低圧側の溝へ高温のガスが漏れる。この高
温ガスは吸込行程中の溝にも漏れ、溝の一部を占拠して
圧縮機の吸込効率に低下させる。

吐出圧力が７　ｋｇ　／　ａＫ　ｇの！ｌ″Ｌ段空低圧
空低圧縮機とると、その吐出ガス温度はご３００℃以上
にもなり、また、すきまを漏れるときは、すきまの前後
でほとんど温度は変らないので、吸込行程中の溝に漏れ
た空気の容積は、吸込温度に換算した同じ量の空気容積
と比べて約２倍にもなる。したがって、吸込終了時の溝
に占める空Ｚｔ　：Ｖ：は漏れのない場合と比べて少な
くなり、−・方、吸込状態から空気を吐出圧力まで圧縮
する仕り１は、空気の容積が同じとき空気温度にはほと
んど無関係であるが、吸込終了時の温度が高いほど、同
じ容積であっても重量流量が小さくなるので中位空気型
に当りの仕事量が増え、圧縮機の効率が急くなる。

以」二には空気圧縮機を例にとって説明したが、空気に
限らず、他のガスを圧縮する場合も回しような問題が起
きる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、圧縮行程側および吐出口から両ロータ
の噛合い部を経て吸込側の圧縮空間に漏れる高温ガスに
よる悪影響を最小限にし、効率を向上させることにある
。

〔発明の概要〕

本発明は、スクリュー圧縮機のケーシングボアの吐出端
面上またはその近くに、吐出ポートとは独立しかつ吸込
行程終了近くの圧縮空間と連通ずる掃気ポートを設け、
圧縮空間に吸込まれた吸込ガスの慣性を利用して、圧縮
空間内に高圧側から漏れた高温ガスを圧縮機の外部へ排
除するものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第１０図により説明
する。第１図において、■は雄ロータ、３はケーシグ、
４はロータの吸込側と接するＳケーシング、５はロータ
軸の吐出側端部を覆うＤカバーである。ロータには吸込
側及び吐出側にそれぞれ軸６及び軸７が形成され、吸込
側の軸６は円筒コロ軸受８で、また吐出側の軸７は円筒
コロ軸受９及び組合せアンギュラ玉軸受１０でそれぞれ
支持されている。また、圧縮室の気密な保つために、吸
込側の軸６及び吐出側のＩＩＩＩＩＩ７にはそれぞれ軸
封１１及び１２が設けられ、さらに、軸受の潤滑油が軸
封部から漏れて圧縮空間に入るのを防ぐために、油切り
１３及び１４がそわぞオし爪台１けられている。

軸封１１と油切り］３との間、及び軸封１２と油切り１
４との間には、万−油切りから油が漏れても軸封部に油
が侵入しないようにそれぞれガス抜き穴１５及び１６が
設けられている。

第２図に示すように、雄ロータ１は雌ロータ２とかみ合
って、めがね形に交差したボア１７及び１８の中でそれ
ぞれ回転する。雄ロータ１の軸端には第１図のようにタ
イミングギヤ１９が設けられ、図示されていない雌ロー
タ２側のタイミングギヤとかみ合っている。このタイミ
ングギヤによって両ロータ１２の回転角は互いに同期し
せまい隙間を介して、互いに接触しない状態で回転する
。

雄ロータ１は軸端に取付けられたピニオン２０により外
部の電動機等のｉｓ源から駆動される。

吸込側の軸受８、吐出側の軸受９，１０及びタイミング
ギヤ１９には、それぞれ給油穴２１゜２２及び２３から
潤滑油が供給される。これらの潤滑油は、軸受あるいは
ギヤを潤滑した後、排油穴２４及び２５から排出される
。

ガスは吸込室３０から、吸込ポート３１を経て両ロータ
１，２の溝にすなわち圧縮空間に取入れられ、圧縮され
た後、吐出ポート３２から、吐出室３３に吐出される。

本実施例ではロータの吐出端面４２と接するケーシング
部分３９に掃気ポート３５が設けられている。

第３図はケーシングボアの端面附近を拡大した断面図で
、各要素に付した番号は他の図の要素の番号と共通であ
る。掃気ボーｌ−３５はケーシングボアの吐出端面に例
えば同図符号３４で示すような輪部のものである。図に
おいて、ｐｚｐ２間及びｐＴｐ１間はそれぞれ雄ロータ
１及び雌ロータ２の外周円に、またｐＲｐａ間及びＰ　
Ｉ、　Ｉ）　０間はそれぞれ雄ロータ及び雌ロータ２の
）＾Ｙの谷底円にそれぞれ合わせて作られる。また、Ｔ
ａ１ｌ’１１１間は、雄ロータの溝が掃気ポート３５か
ら閉じられる時期に期当する雄ロータ前進面形状にほぼ
合わせて作られる。

同様にｐＨｐ７間は、雌ロータ２の溝が掃気ポート３５
から閉じられる時期の雌ロータ２の後進面形状にほぼ合
わせて作られる。前記ｐ１２ｉ１１１間及びｐ８ｐ７間
はロータ歯形に合オ〕ぜるとはいえ必ずしも忠実に合わ
せる必要はなく、ロータ歯形を円弧、放物線などの２次
曲線や折線等で近似することもできる。また、雄ロータ
１の前進面がｐＺｐＲ間の縁にさしかかる時期と雌ロー
タ２の後進面が２６９７間の縁にさしかかる時期とは必
ずしも一致する必要はなく、状況に応じて変えられる。

破線で示した閉曲線４０は雌雄ロータ１，２の接触点軌
跡の投影線を示し、一般にシールラインと呼ばれる。掃
気ボー１〜；３５の輪郭はこの閉曲線を横切ってはいけ
ない。本実施例ではポート３５の線のＰＪＰｆｉ間は、
このシールラインに外側からはぼ近接した曲線で作られ
る。

以下、本実施例の動作及び効果を述べる。

第４ａ図において、１は雄ロータ、４］−は吸込端面、
４２は吐出端面を示す。ハツチングを施した図形４３は
あるロータ回転角における作動室を雄ロータ軸に平行な
平面に第影した図形を示す。

ＱｌからＱｌを経てＱ８に至る曲線は雌雄ロータ間のシ
ールラインである。

ロータ」−の溝は吸込端面から吐出端面まで一つながり
に刻まれているが、相手ロータとのかみ合いにより、−
１−記シールラインで別々の圧縮空間に分割される。

ねじの性質により、ロータのかみ合い部はロータの回転
に伴って、吸込端面側から吐出端面側に向って軸方向に
平行移動するが、かみ合い部のみでなくロータの溝全体
が軸方向に平行移動し、例えばロータがある角度だけ回
転した後に溝は第４５のような位置に来る。第４ａ図及
び第４ｂ図において破線で示した部分は、ロータが十分
長い場合を想定して延長した作動室の仮想部分を示す。

本図のロータでは破線部分は実在しないが、ロータが回
転すると、あたかもこの部分がロータの外側から軸方向
に平行移動して来たかのように実在の圧縮空間となる。

点Ｑ２が吸込端面４１の外側にあるときは圧縮空間４３
はまだ存在しない。圧縮空間はＱｌが吸込端面に達した
ときからローターにに現れ、その後、容積が次第に増加
する。Ｑｌが吐出端面４２を通過すると吐出端面から飛
出した部分の圧縮空間は消滅するのでその分だけ容積は
減少するが、しばらくの間は吸込端面４１側でそれ以」
ユに容積が増えるので差し引きして圧縮空間の容積は増
加を続ける。しかし、やがてビークに過ぎて減少し、Ｑ
４が吐出端面４２に達したとき容積はＯとなる。

スクリュー圧縮機の吸込行程は、点Ｑ２が吸込端面４１
を通過した直後から始まり、圧縮空間が吸込ポートから
締切ｌへれるまで吸込みが続けられ、る。普通は容積が
最大になる附近で圧縮空間が締切られ圧縮室（吸入ポー
ト、吐出ポー１へにも連通していない閉じられた圧縮空
間）となるように吸（ｌＯ） 込ポートの位置が定められている。

上に述べたように、スクリュー圧縮機の圧縮空間はロー
タの回転に伴って平行移動をし、リードが一定で、ロー
タの回転速度も一定の場合は圧縮空間は軸方向に等速運
動をする。第４ａ図におし）で、圧縮空間４３は吸込端
面４１に設けた吸込ポート４からガスを吸込みながら吐
出端面４２側に平行移動していくが、点Ｑ２が吐出端面
に達したとき、もし、従来のように吐出端面側で圧縮空
間がケーシング３，４の壁で閉じていれば、この附近の
圧縮空間内ガスはせきとめられ、圧力が上昇する。しか
し、本実施例では吐出端面と接するケーシングに第１図
のような掃気ポート３５が設けられているので、ガスは
慣性によって掃気ポート３５を通り掃気室３８に流出す
る。このとき圧縮空間の吐出端面近くには高圧側から漏
れた熱し１ガスが多いので、この掃気ポート３５から流
出するのは主としてこの熱いガスである。一方、この時
期には、吸込端側の吸込ポート４はまだ開し）てし）る
ので、圧縮空間内には吸込室３０の新鮮なガスが入り込
み、掃気ポート３５から流出したガスと入れ換わる。

さらにロータの回転が進むと、圧縮空間が掃気ポート３
５から外れ掃気が終了する。これは第１３図で、雄ロー
タ側では前進面７３６が掃気ポート線ｐ２ｐＨを通過す
る時期、雌ロータ側では後進面３７が掃気ポートの線ｐ
　Ｒｐ７を通過する時期に相当する。

掃気ポートから締切られる時期は、遅くともその圧縮空
間が吸込ポート４から締切られると同時かあるいはそれ
以前でなければならない。もし、吸込ポート４の締切り
が掃気ポート３５の締切りより早いと、圧縮空間内のガ
スが希薄になり、圧縮機の効率が落ち、さらには掃気し
たガスが圧縮空間内に逆流して掃気の効果が落ちる。

なお、掃気ポート３５はシールラインを投影した閉曲線
４０の内側部分を含まないので、高圧側の圧縮空間と掃
気ポート３５が連通ずることはなし１　。

本実施例ではガスは、ロータ１，２の吸込端か（］２） ら軸方向に吸込まれ、さらに掃気ポート３５から軸方向
に掃気される構造となっており、吸込まれたガスの運動
量がそのまま掃気に活用されるので余分な動力消費がな
く、効率的である。

第５図は本発明の他の実施例を示すものである。

図にはロータ形状は省略しである。図の掃気ポート３５
を形成する輪郭のうち、ｐｌｐ２間及び２７２１間は第
３図の実施例と同じであるが、第３図のｐ８ｐ４に相当
する部分は第４図ではｐ３′Ｐ４′となり、雄ロータの
谷底円４４から離れている。

同様に９５７２６７間は雄ロータの谷底円４５から離れ
ている。さらにｐ４’　Ｐ１１’もシールライン４０か
ら離れている。

スクリュー圧縮機の吐出側面における漏れは主としてロ
ータ端面とこれに面したケーシング内壁との間のせまい
平行すきまの間で起きる。このすきまが大きいときは、
高圧の溝から低圧の溝へ漏れるガス量が多くなる。この
漏れの中には雄側の軸穴５１または雌側の軸穴５２を経
る漏れもある。

本実施例のように掃気ポートを軸穴から離すことにより
、上記の漏れを減らすことができる。このことは、シー
ルライン４０に対しても同様である。

掃気ポート３５が、シールライン７１０から離れること
により、ロータ端面からの漏れが少なくなる。

これを第６図において説明する。すなわち、図のように
雌雄ロータがかみ合っているとき、５コ３の圧縮空間は
高圧の圧縮室であり、ロータ端面とケーシングとの間の
すきまから矢印５４のような漏れを生じるが、掃気ポー
ト；う５がシールライン４０に非常に近い場合と比べて
、本実施例の場合には漏れの通路が長くなるので漏れ景
が減少する。

第７図は本発明の、さらに別の実施例である。

本実施例では掃気ポート５７がロータの外周面に接して
開口する。これをラジアル掃気ポートと呼ぶことにする
。ラジアル掃気ポート５７の形状の一例を第８ａ図に示
す。図はケーシングボアを展開した図で４１はロータの
吸込端、１１２は吐出端である。Ａ１とＡ２を結ぶ線分
はケーシングボアの吸込側交線で第２図の点５５に、ｊ
”た、Ｒ１とＢ２を結ぶ線分はケーシングボアの吐出側
交線で第２図の点５６に、それぞれ対応する。５８゜５
９の線はロータの山の頂−Ｅ部のつるまき線に該当する
。ラジアル掃気ポート５７の縁のうち、ＣｌＣ２及びＣ
ｓ　Ｃ６はそれぞれロータ軸に平行な直線、Ｃ２Ｃｎ及
びＣ４ＣＢはそれぞれ５８及び５９に平行な直線、Ｃａ
　Ｃａは線分Ａ　ｔ　Ａ　２の一部、Ｃ１，Ｃｅはロー
タの吐出端面を含む平面とケーシングボアとの交線の一
部である。

ラジアル掃気ポートの緑は、必要に応じて第８ｂ図のよ
うに３角形で簡略化することもできる。

あるいは円形、その他加工の容易な形状にすることがで
きる。

ラジアル掃気ポート５７の場合は、ロータの吐出端面は
吐出ポート３２を除いて全面的にケーシング３，４の壁
でさえぎられるので、第５図の実施例に述べたような端
面の漏れはさらに減少する。

作動室内のガスには遠心力が働くこと、吐出端面が行き
止まりになっていてガスがせき止められ圧力が上がって
いることなどにより、外周面からでもガスはロータ外に
流出する。

以上、掃気ポートの構造、動作及び効果を述べたが、実
際の圧縮機では掃気されたガスの処理方法が問題になる
ことがある。

第９図は空気圧縮機の場合の、掃気ガスの処理法の一実
施例を示し空気は大気から、吸込フィルタ６１、吸込サ
イレンザ６２、吸込絞り弁６３を経て圧縮機６０に吸込
まれる。圧縮された高圧の空気は吐出室３３からプレク
ーラ６４、逆止弁６５、アフタクーラ６６、吐出サイレ
ンサ６７を経てラインに圧送される。ｉｔ＋１気された
空気は冷却器６８、弁６９、及びザイレンサ７０を経て
大気に放出される。掃気ガスの温度があまりｉ！％　＜
ない場合は冷却器６８を省１１１８シても良く、９：だ
、掃気ガスをモータファンの排気やその他空冷放熱器類
の排気と混ぜて温度を１：げでかｒ）外部に放出するこ
とも出来る。

空気圧縮機の場合、アンロード運転するとぎは吸込側の
弁６３を絞って、あるいは全閉しで、空気址を調整し、
運転することが多いが、このとき、吸込圧力が下がるの
で、掃気ポート３５を大気に開放しておくと、大気が、
サイレンサラ０側から掃気室３８に逆流し、アンロード
運転ができなくなる。そこで、アンロード運転をするき
は弁６９を全開にして使用する。

第１０図は掃気ガス処理法の他の実施例を示す。

図のように１本実施例では掃気ポート３５からの掃気ガ
スを冷却器６８で冷却した後、圧縮機の吸込室３０に戻
す。これは、冷媒圧縮機やヘリウム圧縮機のように、掃
気ガスを大気に放出できない場合に有効であることは言
うまでもないが、空気圧縮機でも本実施例によれば、大
気への放出音がないので、放出用のサイレンが不要とな
る。

第１０図の実施例はさらに、油冷式圧縮機にも適用でき
る。

このように本発明の実施例によれば、圧縮行程側の溝や
吐出ポートなどの高圧側から吸込行程中の作動室に漏れ
た高温のガスを、余分な動作を消費することなく掃気で
きるので圧縮機の効率が上がり、圧縮動力の損失を低減
することができる。

さらに、圧縮開始時のガスの温度が下がるので圧縮機の
吐出温度も下がり、ロータやケーシングの熱変形量が少
なくなり、信頼性も向」ニする。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、高圧側から吸込行程中の
ロータ溝内に漏れた高温ガスの大部分を掃気ポートから
、ロータ溝外に排出するので、漏れた高温ガスの膨張に
よる吸引ガス流呈（重斌）の低下はほとんどなくなり、
この分だけ従来に比べて効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す横断面図、第２図は第
１図の切断線１−１における断面図、第３図は第２図の
部分拡大図、第４ａ図及び第４ｂ図は本発明の詳細な説
明図、第５図は本発明の他の実施例を示す部分拡大図、
第６図は第５図の実施例の動作の説明図、第７図は本発
明のさらに他の実施例を示す横断面図、第８ａ図及び第
８ｂ図は第７図の圧縮機のケーシングボア展開図、第９
図及び第１０図はそ九ぞれ本発明のさらに別の実施例の
系統図である。 １・・・雄ロータ、２・・・雌ロータ、３・・・ケーシ
ング、１７・・・雄側ボア、１８・・・雌側ボア、３０
・・・吸込室、３１・・・吸込ポート、３２・・・吐出
ポート、３３・・・吐出室、３５・・・掃気ポート、３
８・・・掃気室、４０・・・シールライン、４３・・・
作動室の投影図、５７・・・ラジアル掃気ポート、６０
・・・圧縮機、６８・・・冷却器、６９・・・弁、７０
・・・サイレンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交差する２つのボアで形成された作用空間、この作
   用空間の一方の側に連通して形成された吸入ポートおよ
   び他方の側に連通して形成された吐出ポートを有するケ
   ーシングと、複数の山およびこれら山と山との間に存在
   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、これら両ロータが作用空間内に噛合つた状態
   に納められ、両ロータとケーシングとの間に複数の圧縮
   空間が形成され、両ロータが噛合いながら回転した際、
   前記圧縮空間が吸入ポートと連通している間は吸入ポー
   トから該圧縮空間にガスを吸込み、回転にともなつて該
   圧縮空間が吸入ポートから遮断されて吸込行程が終了し
   た後吐出ポートに連通するまでの間に、該圧縮空間内の
   ガスを圧縮し、吐出ポートと連通している間は、該圧縮
   空間内のガスを吐出ポートへ吐出するものにおいて、前
   記圧縮空間のうちの吸込行程にある圧縮空間が吸込行程
   を終了するまでの間連通して該圧空間内のガスの一部を
   前記作用空間外に排出させる掃気ポートを、ケーシング
   に設けたことを特徴とするスクリュー圧縮機。 ２、前記掃気ポートは、前記圧縮空間のうちの吸込行程
   が終了する直前の圧縮空間と連通されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のスクリュー圧縮機。 ３、前記掃気ポートは、ケーシングの作用空間の吐出口
   側端面に形成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のスクリュー圧縮機。 ４、前記掃気ポートの輪郭は、ケーシングの作用空間の
   吐出口側端面に投影した面ロータのシールライン一部に
   沿う曲線、雌ロータの回転中心を中心とし、雌ロータの
   溝の底を通る円弧、雄ロータの回転中心を中心とし、雄
   ロータの溝の底を通る円弧、雌ロータの溝の後進面に沿
   う曲線、雄ロータの山の前進面に沿う曲線、ボアの交差
   部分の内壁面に沿う曲線を含んでいることを特徴とする
   特許請求の範囲第３図記載のスクリュー圧縮機。