JPS6358243B2 - - Google Patents

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JPS6358243B2
JPS6358243B2 JP16422683A JP16422683A JPS6358243B2 JP S6358243 B2 JPS6358243 B2 JP S6358243B2 JP 16422683 A JP16422683 A JP 16422683A JP 16422683 A JP16422683 A JP 16422683A JP S6358243 B2 JPS6358243 B2 JP S6358243B2
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JP
Japan
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gas
chamber
lubricating oil
screw
pressure side
Prior art date
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Application number
JP16422683A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS6056105A (en
Inventor
Masayuki Takeishi
Yukihiro Kojima
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Hokuetsu Industries Co Ltd
Original Assignee
Hokuetsu Industries Co Ltd
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Publication of JPS6056105A publication Critical patent/JPS6056105A/en
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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

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ユー膨張
機、特にスクリユー膨張機に対する給油技術に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Technical Field The present invention relates to a screw expander in a fluid machine, and particularly to a lubricating technology for a screw expander.

従来技術 スクリユー型の流体(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り、した
がつ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。
Prior Art Screw-type fluid (gas) machines have been used as compressors for a long time, and many lubricating methods have been proposed for this, but there are few cases where they are used as expanders. The means of refueling at that time has not been disclosed.

文献によれば、スクリユ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つて、たとえば
噴射式油冷スクリユ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、ロータ
間の潤滑、圧縮気体の直接冷却および各部のシー
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つて膨張機の
ための給油方法としては必ずしも適切なものとは
いえなかつた。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つてみても、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。
According to the literature, a screw compressor can also be used as an expander, and for example, the specific structure of an injection oil-cooled screw compressor is explained. Lubricating means injects a large amount of cooled lubricating oil to lubricate the rotors, directly cool the compressed gas, and seal each part, all of which are used to increase the efficiency of gas compression. This was not necessarily an appropriate refueling method for this purpose. In other words, even when considering one direction of injection of cooling lubricant oil injected into the casing, a compressor and an expander cannot be considered the same.

目 的 そこで本発明は、スクリユー型の流体機械を膨
張機として使用する場合、作用流体(高圧流体)
として冷媒ガスを用いるスクリユー膨張機では、
ベアリングを潤滑した潤滑油に多量の冷媒ガスが
溶け込んでいるため、この冷媒ガスを作用室内に
おいて利用することができれば、機械効率を大き
く改善することができる。という点を考慮して、
スクリユ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。
Purpose Therefore, the present invention provides that when a screw-type fluid machine is used as an expander, the working fluid (high-pressure fluid)
In screw expanders that use refrigerant gas as
Since a large amount of refrigerant gas is dissolved in the lubricating oil that lubricates the bearing, if this refrigerant gas can be used within the working chamber, mechanical efficiency can be greatly improved. Considering that,
The purpose is to provide an optimal oiling means for screw expanders.

構 成 本発明は、 (1) スクリユー型流体機械の膨張機において、ロ
ータ回転を作用室に対してシールすると共に、
そのベアリングをそれぞれ強制潤滑した潤滑油
は、ベアリング室に収容された後シリンダ内壁
に開口した油回収孔を通じて作用室のガス流体
内に回収される際、含有するガスを作用室内に
放出し、その後にガス流体諸共機外に排出さ
れ、前記油回収孔はシリンダ室内を移動する作
用空間が吐出口に連通する以前のシリンダ壁面
に開口したことを特徴とする給油装置。
Configuration The present invention provides: (1) In an expander for a screw-type fluid machine, the rotor rotation is sealed from the action chamber, and
The lubricating oil that forcibly lubricates each of the bearings is stored in the bearing chamber and then collected into the gas fluid of the working chamber through the oil recovery hole opened in the inner wall of the cylinder, releasing the contained gas into the working chamber, and then The oil supply device is characterized in that gas and fluid are discharged to the outside of the machine, and the oil recovery hole opens in the cylinder wall surface before the working space that moves within the cylinder chamber communicates with the discharge port.

であつて、今、その一実施例を図面に沿つて説明
すると下記のとおりである。
One embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings.

第1図は、本発明給油装置を施したスクリユー
型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略図を示
し、図中、熱交換器S1には一方に工場から排出さ
れる高温流体を通すパイプ1が設けられ、他方か
らポンプP1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−114)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S1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ためのパ
イプ3が設けられる。
FIG. 1 shows a schematic diagram of a power generation system configured using factory waste heat, with an expander of a screw-type gas fluid machine equipped with the oil supply device of the present invention as the prime mover. has a pipe 1 on one side for passing high-temperature fluid discharged from the factory, and heats and vaporizes a liquid refrigerant (Freon gas R-114 in this case), which is fed from the other side via a pump P1 , to generate high-temperature fluid. An evaporator 2 is installed to convert the gas into high-pressure gas. The heat exchanger S 1 is further provided with a pipe 3 for heating the lubricating oil fed via the pump P 2 to a high temperature.

なお、パイプ1を通過した高温流体の熱エネル
ギーは、熱交換器S1によつて、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S1より排出され
る。
Note that the thermal energy of the high-temperature fluid that has passed through the pipe 1 is used up by the heat exchanger S 1 for vaporizing and heating the refrigerant, increasing the pressure, and heating the lubricating oil, and becomes a low-temperature fluid . more excreted.

熱交換器S1内で気化し高温・高圧になつた冷媒
ガスは、スクリユー膨張機4の吸入口5側に導か
れる。作用室内で膨張してスクリユー・ロータを
回転させた高温・高圧の冷媒ガスは低温・低圧に
なつて膨張機の吐出口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を通つて液化し、その後ポンプP1の吸
込側から吸込まれて加圧流体となり、熱交換器S1
の蒸発器2内に送給される。
The refrigerant gas vaporized in the heat exchanger S 1 to a high temperature and high pressure is guided to the suction port 5 side of the screw expander 4 . The high-temperature, high-pressure refrigerant gas that expands in the action chamber and rotates the screw rotor becomes low-temperature and low-pressure and is discharged from the discharge port 6 side of the expander and sent into the separation tank 7, where the refrigerant gas is The refrigerant gas is separated from the lubricating oil, and the refrigerant gas passes through the condenser 8 installed in the heat exchanger S2 , liquefies it, and is then sucked in from the suction side of the pump P1 to become a pressurized fluid. 1
is fed into the evaporator 2 of.

高温・高圧の冷媒ガスによつて駆動された膨張
機4のスクリユー・ロータは、発電機9を回して
電気を起す。
The screw rotor of the expander 4, which is driven by high-temperature, high-pressure refrigerant gas, turns the generator 9 and generates electricity.

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。
A fluid using seawater as a low-temperature heat source is separately introduced into the heat exchanger S 2 to cool the condenser 8 through which the refrigerant gas passes, and condense and liquefy it.

他方、熱交換器S1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ユ
ー膨張機4の吸入側端面シールのために、膨張機
の吸入室内のガス流体に噴射し、そのは、膨張
機のスクリユ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、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、膨張機のスクリユー回転軸の
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によつて吸入され、加圧され
て、熱交換器S1の潤滑油加熱パイプ3に送給され
る。熱交換器S1の加熱パイプ3内を通つた高温潤
滑油のその後の作動は前述したとおりである。
On the other hand, the lubricating oil that flows through the lubricating oil heating pipe 3 installed in the heat exchanger S1 and is heated to a high temperature is divided into five systems and supplied to the expander to lubricate the sliding surfaces and Used for sealing, etc. That is, in order to seal the suction side end face of the screw expander 4 of high temperature and high pressure refrigerant gas, it is injected into the gas fluid in the suction chamber of the expander, and the high pressure side bearing of the screw rotation shaft of the expander is injected into the gas fluid in the suction chamber of the expander. is fed into the end plate of the expander for lubrication, and is injected into the same chamber to lubricate and seal the sliding surfaces in the working chamber of the expander, and is used to lubricate the low-pressure side bearing of the screw rotation shaft of the expander. It is fed into the end plate of the expander for use, and is press-fitted as a mechanical seal of the expander. The lubricating oil fed into the expanders moves inside the expanders while being mixed with the refrigerant gas as described above, and while the gases are discharged from the discharge port 6 and stored in the separation tank 7. Gas-liquid separation is performed, and the lubricating oil separated here is sucked from the bottom of the tank 7 by the pump P2 , pressurized, and sent to the lubricating oil heating pipe 3 of the heat exchanger S1 . Ru. The subsequent operation of the high temperature lubricating oil passed through the heating pipe 3 of the heat exchanger S1 is as described above.

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。
The flow of refrigerant gas and lubricating oil thus constitutes a closed cycle.

本発明スクリユー膨張機、特にその給油装置
は、上記システムのうちのスクリユー膨張機に対
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
系統の一部を構成するものであり、以下、順を追
つて詳述する。
The screw expander of the present invention, particularly its oil supply device, is a technology related to the effect of the lubricating oil on the screw expander of the above system. Specifically, it constitutes a part of a lubricating oil circulation system including the above-mentioned five systems of lubrication means, and will be explained in detail below.

第2図は、本発明スクリユ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(図示のスクリユー・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11,12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
20を設けている。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the screw expander of the present invention, and in the figure, 10 indicates a vertical cross-section (a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the screw rotor rotational axis shown) forming the outer wall of the working chamber. It is a spectacle-shaped or weight-shaped cylinder, and end plates 11 and 12 are screwed to both ends in the longitudinal direction of the cylinder to seal the end faces, and the rotating shafts of female and male screw rotors 13 and 14 rotate within the cylinder chamber, respectively. It holds bearings 17 and 18 that pivotally support the rotors 15 and 16, while making a contact seal with each end face of the rotor, and a high-pressure gas suction chamber 19 is provided in one of them, and a gas discharge chamber 20 is provided in the other. There is.

吸入側端面のシール(第一系統) 21は、高圧側端板11に設けられた高温・
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によつて加圧され、熱交
換器S1によつ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に穿設した吸入口5を通して作用室内に吸
入される。
The seal 21 on the suction side end face (first system) is a high temperature seal provided on the high pressure side end plate 11.
A lubricating oil injection nozzle that opens toward the high-pressure gas suction chamber 19, is provided close to the gas suction port 5 of the working chamber, is pressurized by the pump P2 , and is heated by the heat exchanger S1 . The lubricating oil is injected into the high-temperature, high-pressure gas in the form of a mist, and the gas is sucked into the working chamber through the suction port 5 formed in the end plate 11.

作用室は雌、雄スクリユー・ロータ13,1
4の歯の噛合線とシリンダ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13,14の回転に伴なつて、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、連通を絶つ
て、すなわち、閉切つて低圧側端板12側に進
行するに伴なつて容積が拡がり、やがて低圧側
端板12に穿設した吐出口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20に解放する。
Working chamber is female, male screw rotor 13,1
4 tooth engagement line, cylinder 10 inner wall and end plate 11
The working chamber is defined by a space defined by an end surface 22 of the rotor 13 and the end surface 22 of the rotor 13, and is provided so that its volume gradually expands as the rotors 13 and 14 rotate. 5, the volume is narrow, and as the communication is cut off, i.e., closed, and progresses toward the low-pressure side end plate 12, the volume expands, and eventually the discharge hole bored in the low-pressure side end plate 12 expands. It communicates with the outlet 6 and releases the high-temperature, high-pressure gas sucked into the working chamber through the discharge port 6 into the discharge chamber 20 on the low-pressure side.

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。
During this time, the high-temperature, high-pressure gas sucked in from the suction port 5 continues polytropic expansion while rotating the rotors 13 and 14 in the working chamber, and turns into low-temperature, low-pressure gas, generating power.

今、吸入室19内に噴射された高温潤滑油は
霧状になつ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つて流入するが、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
13,14のスクリユー面に衝突、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
スクリユー・ロータの高圧側端面の摺動面およ
びスクリユ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。
The high-temperature lubricating oil injected into the suction chamber 19 now becomes a mist, mixes with the high-pressure gas, and flows into the action chamber from the suction port 5 along with the gas flow, but the specific gravity of the lubricating oil is that of the gas. Because it is larger than the gas flow, it cannot necessarily ride the flow of gas, and collides with and adheres to the inner wall surface of the cylinder that divides the working chamber, the high pressure side end surface 22, and the screw surfaces of the rotors 13 and 14, lubricating these surfaces, and It lubricates each other, the sliding surfaces of the high-pressure side end face of the screw rotor, and the screw engagement line, and penetrates into the gap created in the same area to perform an efficient sealing action.

高圧・冷媒ガスが吸入室19内に流入する工
程に関連して、熱交換器S1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
の高温にし、潤滑油の噴射によつてガスの温度
を高めるようにして、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。
In connection with the process of high-pressure refrigerant gas flowing into the suction chamber 19, when high-temperature lubricating oil heated in the heat exchanger S1 is injected into the suction gas, the temperature of the lubricating oil is adjusted to that of the high-pressure gas. It is designed to raise the temperature of the gas to the same or higher temperature and to increase the temperature of the gas by injecting lubricating oil so that at least no pressure drop in the suction gas occurs.

作用室は前述のとおり雌、雄ロータのスクリ
ユー面、シリンダ内壁および高圧端板11の端
面22と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1
2側に推付け、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を生じるが、高温ガ
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
が起きないようにする。ことに吸入口5に近い
作用室ではガス圧が高いから少しのガス漏れも
効率に及ぼす影響が大きいので、摺動面間隙の
シールは確実に行われる必要がある。吸入工程
に先立つて吸入室19において高圧ガス中に潤
滑油を噴霧したのは、その為でもある。
As described above, the working chamber is divided by the screw surfaces of the female and male rotors, the inner wall of the cylinder, and the end surface 22 of the high-pressure end plate 11.
2 side, which tends to create a gap between the high-pressure side end face 22 and the end face of the rotor, but the mist-like lubricating oil mixed in the high-temperature gas seals the gap and prevents gas leakage. To prevent the efficiency of the expander from decreasing. Particularly in the working chamber near the suction port 5, the gas pressure is high, so even a small amount of gas leakage has a large effect on efficiency, so the gap between the sliding surfaces must be reliably sealed. This is also the reason why lubricating oil is sprayed into the high pressure gas in the suction chamber 19 prior to the suction process.

第一系統の潤滑手段は以上のとおりであつ
て、ここに噴射された潤滑油は、その後工程の
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。
The first system of lubrication means is as described above, and the lubricating oil injected here will be involved in the lubrication of all sliding surfaces and sealing of gaps in subsequent steps.

高圧側ベアリングの潤滑(第二系統) 第3図は、本発明スクリユー膨張機の平断面
図を示し、図中、11は高圧側端板であつて、
並列するボールベアリング17-1,17-1,1
-2,17-2を保持し、前記のベアリングは高
圧端板を内側から貫いてロータ13,14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ユが嵌合し
てあり、その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用の給油孔23が穿
設されている。前記給油孔23は、さらにブツ
シユの周面に設けられた油溝を介して、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24に連通し、前記
と同様な構造よりなるブツシユの周面に削設さ
れた油溝につながつている。高圧側端板11の
外側端面には蓋板25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つていて、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に連通する。
Lubrication of high-pressure side bearing (second system) FIG. 3 shows a plan cross-sectional view of the screw expander of the present invention, in which 11 is the high-pressure side end plate,
Parallel ball bearings 17 -1 , 17 -1 , 1
7 -2 and 17 -2 , and the bearings pierce the high-pressure end plate from the inside and pivotally support the necks of the rotors 13 and 14, at which the rotating shafts 15 of the rotors 13 and 14 extend. A bush is fitted on the rotating shaft between the high-pressure side end surface 22 of the rotor and the inner ring of the ball bearing, and a labyrinth is cut on the sliding surface between the outer periphery and the end plate shaft hole. An oil supply hole 23 for lubrication of the high-pressure side bearing is bored through the end plate 11. The oil supply hole 23 further communicates with an oil supply passage 24 via an oil groove provided on the circumferential surface of the bushing to lubricate the bearing that supports the rotating shaft 15 of the rotor on the other side. It is connected to an oil groove cut into the circumferential surface of the structural bush. A cover plate 25 is screwed to the outer end surface of the high-pressure side end plate 11.
A high pressure side bearing chamber 26 is formed between the end plate 11 and serves as a lubricating oil storage chamber, and the bearings 17 -1 and 17 -2 are exposed within the same chamber. The bearing chamber 26 is an oil recovery hole 27
(See FIG. 2)
It communicates with a recovery hole A opened in the inner wall surface.

第4図は、シリンダ10内壁、作用室の展開
図であつて、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
つて、吐出口6側であり、中央線はシリンダ眼
鏡断面の円弧の交叉線、斜線は、スクリユー歯
先面とシリンダ内壁面との摺動接触線であつ
て、それぞれの区画が作用室の空間を示す。ま
た、矢印の方向はロータの進行方向すなち作用
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に連通す
る以前の位置に設けられる。
FIG. 4 is a developed view of the inner wall and working chamber of the cylinder 10, in which the upper horizontal line is the high pressure side end face 22 and the suction port 5 side, and the lower horizontal line is the low pressure side end face and the discharge port 6 side. , the center line is the intersection line of the circular arcs of the cross section of the cylinder glasses, and the diagonal lines are the sliding contact lines between the screw tooth tip and the cylinder inner wall surface, and each section indicates the space of the working chamber. Further, the direction of the arrow indicates the advancing direction of the rotor, that is, the moving direction of the working chamber, and the dashed line diagonal line indicates the end position of the working space for expansion. A is open to the inner wall of the cylinder and has a high pressure side bearing chamber 26;
The lubricating oil recovery hole communicates with the working chamber through the oil recovery hole 27, and is provided at a position before the working chamber communicates with the discharge port 6.

Bも同様、後述の低圧側ベアリング室33に
溜つ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に連通す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
とスクリユー歯先面との摺動面の潤滑とシール
を行うための潤滑魅噴射孔である。
Similarly, B is a hole for collecting lubricating oil, etc. of the low pressure side bearing 18 accumulated in the low pressure side bearing chamber 33, which will be described later. do.
The plurality of oil injection holes 29 drilled on both sides of the central intersection line are lubrication injection holes for lubricating and sealing the sliding surface between the cylinder inner wall and the screw tooth tip. be.

再び第3図に戻つて、図中、給油孔23に供
給された高圧潤滑油は、給油孔24等を通つ
て、各ロータ回転軸のブツシユに設けられた油
溝に導かれ、ここから溢れた潤滑油は、一方に
はブツシユ周面と端板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。さきに述べたとおり、高圧側ベリング
室26に溜つた潤滑油は油回収孔27を通つて
シリンダ10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合
し、やがて吐出口6、吐出室20より膨張機外
へ排出される。
Returning to FIG. 3 again, in the figure, the high-pressure lubricating oil supplied to the oil supply hole 23 is guided to the oil groove provided in the bush of each rotor rotating shaft through the oil supply hole 24, etc., and overflows from there. The lubricating oil used on the one hand lubricates and seals the labyrinth structure of the sliding surface between the bushing peripheral surface and the shaft hole bored in the end plate 11 to prevent leakage of high pressure gas from the working chamber, and on the other hand. , overflows to the high-pressure side bearing side, forcibly lubricates each of the parallel ball bearings 17 -1 and 17 -2 , absorbs the heat generated by the rotation of the bearings, and then flows out and accumulates in the high-pressure side bearing chamber 26. do. As mentioned earlier, the lubricating oil accumulated in the high-pressure side belling chamber 26 is guided through the oil recovery hole 27 to the recovery hole A that opens on the inner wall of the cylinder 10, where it mixes with the gas medium in the low-pressure side working chamber. Eventually, it is discharged to the outside of the expander through the discharge port 6 and the discharge chamber 20.

高圧側ベアリング室26内に滞溜した潤滑油
の中には高圧ガス媒体が大量に溶け込んでいる
(冷媒ガスを作用流体として使用した場合)か
ら、同室内に溜つた潤滑油が回収孔Aから低
温・低圧の作用室内に回収されたときに油から
溶解ガスが蒸発して作用室内でガス膨張作用を
奏し、エネルギ回収のために一役担うこととな
る。
Since a large amount of high-pressure gas medium is dissolved in the lubricating oil accumulated in the high-pressure side bearing chamber 26 (when refrigerant gas is used as the working fluid), the lubricating oil accumulated in the same chamber flows from the recovery hole A. When the oil is collected in the low-temperature, low-pressure working chamber, dissolved gas evaporates from the oil, exerting a gas expansion action within the working chamber, and plays a role in energy recovery.

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ユー歯先
面との摺動面の潤滑およびシール作用を生じ
る。
Furthermore, since the lubricating oil is injected into the working chamber from the recovery hole A, a lubrication and sealing action is produced on the sliding surface between the cylinder inner wall and the screw tooth tip.

膨張室噴射用(第三系統) 第2図を参照して、図中、10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ユーの歯の進行方
向、好ましくはスクリユ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、同室に熱交換
器S1内の加熱パイプを通つて加熱され、ポンプ
P2により加圧された潤滑油を給油孔28を通
して供給し、噴射孔29を通してロータの回転
に伴ないスクリユー歯が進行する方向に向つて
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ユ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。
For expansion chamber injection (third system) Referring to FIG. 2, numeral 10 in the figure is a cylinder whose longitudinal section is a spectacle or weight shape, forming the outer wall of the action chamber, as described above. A plurality of lubricating oil injection holes 29 are drilled through the cylinder wall surface near the intersection line of the circular arcs, each inclined in the direction of movement of the teeth of the screw provided on the rotor, preferably in the direction of movement of the tips of the screw teeth. The outer end of the oil injection hole 29 opens into a lubricating oil storage chamber provided outside the cylinder 10, into which the oil is heated through a heating pipe in the heat exchanger S1 , and the pump
Lubricating oil pressurized by P 2 is supplied through the oil supply hole 28, and high-temperature lubricating oil is injected into the working chamber through the injection hole 29 in the direction in which the screw teeth advance as the rotor rotates. Injection hole 29
Also, since it opens on the cylinder wall near the meshing line of the screw teeth of the rotor, a part of the lubricating oil injected into the working chamber is also guided to the meshing line side and performs a lubricating and sealing action on the meshing sliding surface. .

第5図を参照して、図面は雌ロータ14のス
クリユー歯に直交する平面に沿つて切断して示
す一部断面図で、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
スクリユー歯先面の突条、矢印は、ロータの回
転に伴なうスクリユ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つて区画
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・高圧であつて下流側のそ
れほど、低温・低圧になつている。
Referring to FIG. 5, the drawing is a partial sectional view taken along a plane perpendicular to the screw teeth of the female rotor 14, in which 10 is a cylinder;
29 is a female rotor, 29 is a lubricating oil injection hole provided diagonally through the cylinder wall, 30 is a protrusion on the tip of the screw tooth of the female rotor, and the arrow is the direction of movement of the screw tooth as the rotor rotates. shows. The space defined by the groove between the teeth and the inner wall of the cylinder is the working chamber, and each space is filled with a gas medium. The lower the downstream side, the lower the temperature and pressure.

噴射孔29から噴射された潤滑油は、図示の
ようにスクリユー歯の突条30の進行方向の後
側からシリンダ内壁面とスクリユー歯先面との
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の移動に従つ
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沿つて噴射する。
As shown in the figure, the lubricating oil injected from the injection hole 29 is injected between the cylinder inner wall surface and the screw tooth tip surface from the rear side in the advancing direction of the protrusion 30 of the screw tooth to form a high-pressure working chamber and a low-pressure working chamber. It lubricates and seals the sliding surface of the protrusion 30 that separates the two from each other to prevent leakage of high-temperature and high-pressure gas, and as the rotor rotates at high speed, the lubricating oil cannot follow the movement of the protrusion 30, resulting in an oil film on the high-pressure side. Inject along the direction of movement of the protrusions to avoid a tendency to fail.

作用室内に噴射された高温潤滑油のそのほ
か、ポリトロープ膨張によつて低温・低圧にな
つ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。
In addition to the high-temperature lubricating oil injected into the working chamber, it also heats the gas medium, which has become low temperature and low pressure due to polytropic expansion, to prevent a drop in gas pressure and increase efficiency.

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。
After the lubricating oil performs a lubricating and sealing function in the expansion chamber, it is mixed with the gas medium and discharged together with the gas from the discharge port 6 to the outside of the machine.

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
は低圧側端板であつて、ローラベアリング1
8,18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13,14の回転軸
16が延長する頚部を軸支する。低圧側端板1
2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
長しているため、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20が連通している点、若干の
差異がある。
Lubrication of low pressure side bearing (fourth system) Referring to Figures 2 and 3, 12
is the low pressure side end plate, and the roller bearing 1
8, 18, and the bearing passes through the low-pressure side end plate from the inside and pivotally supports the neck portion of the rotor 13, 14 from which the rotating shaft 16 extends. Low pressure side end plate 1
The structure of the second side is almost the same as that of the high-pressure side end plate, but since the rotating shaft 16 of the male rotor 13 extends outside the machine, the shaft and the cover plate 32 forming the low-pressure side bearing chamber 33 are connected to each other. There are some differences in that a mechanical seal 36 is provided between them, and that the low-pressure side end plate 12 has a discharge port 6 on its inner end surface, which communicates with the discharge chamber 20.

給油孔31は端板12を貫いて回転軸16の
ブツシユに衝当るまで設けてあり、同孔31か
ら供給された高温・高圧の潤滑油は、各ロータ
回転軸のブツシユ周面と端板12との間の摺動
面を潤滑、シールする一方、低圧側ベアリング
18を通つ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を通つて低圧
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20に排出される。
The oil supply hole 31 is provided through the end plate 12 until it hits the bushing of the rotary shaft 16, and the high temperature and high pressure lubricating oil supplied from the hole 31 is applied to the bushing peripheral surface of each rotor rotating shaft and the end plate 12. While lubricating and sealing the sliding surface between the two, the lubricant is forcibly lubricated through the low-pressure side bearing 18 and accumulated in the low-pressure side bearing chamber 33. The low-pressure side bearing chamber 33 is communicated with a recovery hole B opened in the inner wall of the cylinder 10 through an oil recovery hole 34, and the lubricating oil accumulated in the chamber 33 passes through the recovery hole 34 and B into the low-pressure side working chamber. The gas is injected, mixed with a gas medium, and discharged from the discharge port 6 into the discharge chamber 20 .

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りがない。
Its action and effect are almost the same as in the case of high-pressure side bearing lubrication.

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16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38をねじ止めして、同板
38と軸16との間をメカニカルシール36に
よつてシールする。取付板38には給油孔37
を設けて、ここに熱交換器S1の加熱パイプ3か
ら高温・高圧の潤滑油を圧入し、メカニカルシ
ール36を潤滑した後、メカニカルシール室に
充満してシール材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。
Mechanical seal lubrication (fifth system) With reference to FIG. A sealing material 35 is packed in between, and a mechanical seal mounting plate 38 is further screwed to the outside to seal the space between the plate 38 and the shaft 16 with a mechanical seal 36. The mounting plate 38 has an oil supply hole 37.
A high-temperature, high-pressure lubricating oil is press-injected here from the heating pipe 3 of the heat exchanger S 1 to lubricate the mechanical seal 36, and then it fills the mechanical seal chamber and permeates through the sealing material 35, and the low-pressure side It moves to the bearing chamber 33, accumulates there, and combines with the low-pressure side bearing lubricating oil.

スクリユー膨張機における潤滑・シール油の供
給手段は以上のとおりであるが、本発明給油装置
の実施例は、上記のうち、主として、高圧側ベ
アリングの潤滑(第二系統)および、低圧側ベ
アリングの潤滑(第四系統)に属する潤滑油の循
環系によつて具体化されている。
The means for supplying lubricating/sealing oil in the screw expander are as described above, but the embodiment of the oil supply device of the present invention mainly lubricates the high-pressure side bearing (second system) and the low-pressure side bearing. It is embodied by the lubricating oil circulation system belonging to lubrication (fourth system).

なお、上記技術の説明は、冷媒ガスを作動源流
体として、工場廃熱を利用した発電装置の原動機
として使用したスクリユー膨張機の給油装置につ
いて述べたが、スクリユー膨張機の使用範囲は、
必ずしも上述実施例の利用技術の説明に制約され
るものではない。
In addition, although the description of the above technology describes a refueling device for a screw expander that uses refrigerant gas as the operating source fluid and is used as the prime mover of a power generation device that utilizes factory waste heat, the scope of use of the screw expander is as follows:
The present invention is not necessarily limited to the description of the technology used in the above-described embodiments.

ただし、高圧の作動ガスが潤滑油内に溶け込む
ような作動流体と、潤滑油との関連性を考慮しな
ければならない。
However, consideration must be given to the relationship between the lubricating oil and the working fluid in which high-pressure working gas dissolves into the lubricating oil.

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、作用室を区画する摺動面の潤滑とシ
ール作用を行わせるための高圧潤滑油を利用し
て、スクリユー・ロータ回転軸を作用室に対して
シールし、作用室からの高圧ガスの漏洩を防止
し、また、各ベアリングを強制潤滑してロータの
機械的回転抵抗を極力少なくすると共にベアリン
グの冷却を行つて耐用時間をのばし、さらに、使
用済の潤滑油をベアリング室に収容して、これを
吐出口に連通する以前の位置における作用空間内
に回収して潤滑およびシール作用を行わせ、その
際、潤滑油が吸収している冷媒ガスを作用室内に
放出させて、これを動力源の一部として活用した
後、ガス諸共機外に排出する等、種々の機会にエ
ネルギーの有効利用を図り、機械効率が高く、ま
た、無開放連続運転時間および耐用年限の長いス
クリユー膨張機を実現させるところの給油装置を
提供するものである。
Effects Since the oil supply device of the present invention has the configuration as described above, the screw rotor rotating shaft can be moved by using high pressure lubricating oil for lubricating and sealing the sliding surfaces that partition the working chambers. It seals against the working chamber to prevent high-pressure gas from leaking from the working chamber, and also forcibly lubricates each bearing to minimize mechanical rotational resistance of the rotor and cools the bearings to extend service life. Further, the used lubricating oil is stored in the bearing chamber and collected in the working space at the position before communicating with the discharge port to perform the lubrication and sealing action, at which time the lubricating oil is absorbed. The refrigerant gas is released into the working chamber, used as part of the power source, and then discharged to the outside of the machine. The present invention provides an oil supply device that realizes a screw expander that can operate continuously without opening and has a long service life.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明装置が施されたスクリユー型
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ユ
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……スクリユー膨張機、5……吸入口、6…
…吐出口、10……シリンダ、11……高圧側端
板、12……低圧側端板、13……雄ロータ、1
4……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、20……吐出室、21……
噴射ノズル、23,28,31および37……給
油孔、26……高圧側ベアリング室、27,3
4,AおよびB……油回収孔、29……油噴射
孔、30……突条、33……低圧側ベアリング
室、35……シール材、36……メカニカルシー
ル。
Fig. 1 is a system diagram of a power generation system using factory waste heat that uses an expander of a screw-type fluid machine equipped with the device of the present invention as a prime mover, and Fig. 2 shows the rotating shaft of the male rotor of the expander. A cross-sectional view cut along a plane; FIG. 3 is a plane cross-sectional view of the expander;
FIG. 4 is a developed view of the cylinder inner wall and working chamber of the expander, and FIG. 5 is a partial cross-sectional view taken along a plane orthogonal to the screw teeth of the female rotor of the expander. 4...screw expander, 5...intake port, 6...
...Discharge port, 10...Cylinder, 11...High pressure side end plate, 12...Low pressure side end plate, 13...Male rotor, 1
4... Female rotor, 15, 16... Rotating shaft, 17...
...High pressure side bearing, 18...Low pressure side bearing, 19...Suction chamber, 20...Discharge chamber, 21...
Injection nozzle, 23, 28, 31 and 37... Oil supply hole, 26... High pressure side bearing chamber, 27, 3
4, A and B...Oil recovery hole, 29...Oil injection hole, 30...Protrusion, 33...Low pressure side bearing chamber, 35...Seal material, 36...Mechanical seal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 スクリユー型流体機械の膨張機において、ロ
ータ回転軸を作用室に対してシールすると共に、
そのベアリングをそれぞれ強制潤滑した潤滑油
は、ベアリング室に収容された後シリンダ内壁に
開口した油回収孔を通じて作用室のガス流体内に
回収される際、含有するガスを作用室内に放出
し、その後にガス流体諸共機外に排出され、前記
油回収孔はシリンダ室内を移動する作用空間が吐
出口に連通する以前のシリンダ壁面に開口したこ
とを特徴とする給油装置。
1. In an expander for a screw-type fluid machine, the rotor rotation shaft is sealed from the action chamber, and
The lubricating oil that forcibly lubricates each of the bearings is stored in the bearing chamber and then collected into the gas fluid of the working chamber through the oil recovery hole opened in the inner wall of the cylinder, releasing the contained gas into the working chamber, and then The oil supply device is characterized in that gas and fluid are discharged to the outside of the machine, and the oil recovery hole opens in the cylinder wall surface before the working space that moves within the cylinder chamber communicates with the discharge port.
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