JPWO2006013636A1 - 多系統潤滑式スクリュー圧縮機の潤滑油供給システム及び運転方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、冷凍システム等に適用される油冷凍式スクリュー圧縮機において、軸受け材料の高温下での強度低下及び潤滑油の粘度低下に起因した軸受け材料の寿命低減を解決することを目的としたものである。潤滑油の圧縮機本体への供給系統を、圧縮機本体の各軸受けに低圧で供給される軸受給油系統と、圧縮機本体の内部に高圧で供給される温度制御用給油系統とに分割する。軸受給油系統を給油タンク、油冷却器及び給油ポンプを備えた閉回路給油系統とし、温度制御用給油系統を油分離器及び油冷却器を備えた閉回路給油系統とする。

Description

本発明は、たとえば冷凍システム等に適当される油冷式スクリュー圧縮機において、潤滑油の圧縮機本体への供給系統をロータへのインジェクション給油系統と軸受給油系統とを別系統とすることによって、軸受材料の高温下での強度低下及び潤滑油の粘度低下に起因した軸受材料の寿命低減の問題を解決した多系統潤滑式スクリュー圧縮機の潤滑油供給システム及び運転方法に関する。

従来油冷スクリュー圧縮機は、雄雌ロータ間間隙のシーリングのために要するインジェクション給油系統と、軸受部に潤滑油を供給する系統とに給油された潤滑油が、最終的に圧縮過程にあるロータ空間に合流し、被圧縮流体のガスと混ざり合った状態で吐出される仕組みになっている。従って前記両給油系統においては、潤滑油が最終的に混ざり合うため、同一の潤滑油を用いざるを得ない。
被圧縮流体として、高炭化水素系ガス、水分飽和天然ガスなど、比較的沸点の高い高凝縮性ガスなど潤滑油に対する高溶解性ガスを使用した場合、潤滑油として高粘度合成潤滑油を採用して、給油量を削減し、又給油温度を高温化し、あるいはロータ軸のシール部の個別給油などの採用により、高温運転を行っている。高温運転を行なう理由は、被圧縮流体の圧縮機本体からの吐出下で露点温度以上にすること、また高温域での稼動により、潤滑油への被圧縮流体の溶解度を低減させることにある。
しかしロータ軸受部のすべり軸受の摺動発熱による軸受材料の強度低下、あるいは潤滑油の低粘度下に起因した軸受の寿命低下が生じ、この課題の解決策として、高性能な軸受材の開発が考えられるが、経済性、信頼性の面から未だホワイトメタルに勝る材料は実用化されていない。また合成潤滑油では、親水性があり、被圧縮流体中に水分や活性成分が含まれる場合、添加剤の加水分解や軸受材料腐食トラブルが生じている。
たとえば特開２００３−９７５５８号公報（先行技術１）には、焼付きなどの劣化を起こし難く、潤滑性にも優れた低摩擦の潤滑部材として、少なくとも分子中に親水基と疎水基とを有した化合物を成分に含む潤滑剤を介して互いに接触する２物体の摩擦面のうち、一方の摩擦面を“親水部と疎水部とのミクロン相分離表面（化合物１）”で形成し、他方の摩擦面を“親水性表面”で形成する潤滑部材が開示されている。この摩擦部材によれば、互いの摩擦面（特に化合物１）には耐はぎとり効力の優れた吸着膜が形成されるため、焼付きなどの劣化を起し難くなるのに加え、両吸着膜は互いになじみが悪いため、潤滑性に優れた潤滑部を得ることができるという利点がある。
然るに、比較的沸点の高い高凝縮性ガスなど潤滑油に対する高溶解性ガスを冷媒とする冷凍システムや圧縮システムに組み込まれるスクリュー圧縮機においては、給油温度が１２５℃を超えると、軸受の耐摩耗性が急激に低下し、運転限界が短縮されてしまうという問題点があり、上記先行技術１に記載の潤滑部材も高温下での耐磨耗性は必ずしも良好とは言えず、また軸受材料として、アルミ合金や銀メタルを使用した場合でも、なじみ性が悪く、焼き付きを起しやすいという欠点がある。
これらの解決策として，冷凍サイクルでの冷媒ガスの潤滑油に対する溶解量、温度及び粘性係数の関係を示す図５、及び冷媒ガスの潤滑油に対する溶解量、温度及び圧力の関係を示す図６から、軸受周囲の温度、圧力を制御する方法が考えられる。すなわち図５及び図６から、温度を高くし、かつ圧力を低くすれば、冷媒ガスの潤滑油に対する溶け込み量が減り、溶け込み量が減れば、潤滑油の粘性が高くなることがわかる。従って軸受給油温度を高くし、圧力を下げれば、潤滑油が高粘性を維持し、これによって油膜厚を維持できるため、軸受の長寿命化が期待できるが、前述のように、温度を上げれば、軸受部の焼き付きや耐摩耗性の低下等を招き、また圧力の面においては、ロータへのインジェクション給油系統では、ある一定以上のインジェクション圧力を維持しなければならないという制約があるとともに、雄ロータの吐出側から吸入側に作用するスラスト荷重を軽減させるためのバランスピストンへの給油圧力を下げると、スラスト荷重が増大し、スラスト軸受の早期磨耗あるいは損傷を招くという問題も生じる。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、スクリュー圧縮機において、ロータ軸受部の高温強度低下、焼き付き、及び耐摩耗性の低下等を防止して、軸受の長寿命化を達成するとともに、スクリュー圧縮機のトータル性能を落とすことのないスクリュー圧縮機の潤滑油供給システム及び運転方法を提供することを目的とする。
また、本発明の第２の目的は、ロータ軸受用の潤滑油を最小限の油量とすることができ、被圧縮流体の吐出ガス温度を高温化可能ならしめ、かつ軸受用潤滑油の給油温度を軸受許容温度以下で給油可能とするとともに、低粘度オイルの採用が可能となる潤滑油供給システムを提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、油分離器等の構成機器を小型化することができ、油分離器の分離効率を向上させることができるとともに、被圧縮流体に含まれる異物の潤滑油への混入を最小限に抑えることができる潤滑油供給システムを提供することにある。
そして、本発明は、かかる目的を達成するもので、その第１発明は、圧縮機本体に潤滑油を供給する系統を、潤滑油を圧縮機本体の各軸受に供給する低圧の軸受給油系統と、圧縮機本体の内部に供給され、被圧縮流体と接触して温度制御を行なう高圧の温度制御用給油系統とに分割し、前記軸受給油系統を、給油タンク、油冷却器及び給油ポンプを備えた閉回路給油系統とし、前記温度制御用給油系統を、油分離器及び油冷却器を備えた閉回路給油系統としたことを特徴とする。
かかる第１発明において、潤滑油の供給系統を軸受給油系統を構成する閉回路系統と温度制御用給油系統を構成する閉回路系統とに分割したことにより、それぞれの閉回路系統に最適の運転条件（たとえば温度、圧力、及び最低必要供給油量等）に設定することが可能となり、これによって、前記従来技術の問題点及び本発明の前記目的を達成することができる。
たとえば軸受給油系統の潤滑油は、給油タンクから給油ポンプにより油冷却器を経て冷却され、高粘度化された後、常時圧縮機本体の各軸受に送られる。従って軸受部の焼き付きや耐摩耗性の低下等を防止し、軸受の長寿命化を図ることができる。
油冷式スクリュー圧縮機の場合、給油量は吐出ガス圧力の状態にある潤滑油が、吸入ガス圧力に近い状態の空間まで吸引される構成となっているため、その差圧により成り行きで決定されることが多いが、実際にそれぞれの給油ラインにおいて、必要とされる最低必要給油量とは異なる。
温度制御用給油系統のインジェクション給油は、ロータ間の隙間を密閉するシーリング効果としての機械的な体積効率の向上と、断熱圧縮からよりポリトロープ圧縮に近い状態までガスを冷却するというシステム的な効率向上を目的としているのに対して、軸受給油系統は、回転機械の運転上必要不可欠な要素部品を円滑に動作させる目的のものであり、動力抑制効果を鑑みれば給油量は少なければ少ないほど良いと言うこともできる。
従来の油冷式スクリュー圧縮機の周辺潤滑油フローは、前述のとおり、もとは一つの給油系統であったインジェクション給油系統と軸受給油系統とが、圧縮機本体に給油された後、同時に吐出され、油分離器により、ガスと油に分離される。吐出ガス温度と同等となった後、油冷却器によって適温まで冷却され、油フィルターを通し、再び圧縮機本体へ給油される。
このように従来の油冷式スクリュー圧縮機の潤滑油ラインでは、システム上必要なインジェクション給油系統と、必要不可欠ではあるが、インジェクション給油系統と同じ系統であったがために、成り行きでその量が特定されてしまう軸受給油系統の二系統から成り立ち、そのため前記の問題点を有し、システムの運用を困難にしている。
本発明の前記第１の発明によれば、ロータへのインジェクション給油は、被圧縮流体の凝縮を阻止する目的で高温とし、あるいは流量を減少できるので、被圧縮流体に混入する潤滑油量を減らすことができ、このため温度制御用給油系統の油分離器を小型化できるとともに、その分離効率を向上させることができ、さらに被圧縮流体に含まれる異物の潤滑油への侵入を最小限に抑えることができる。
このようにロータ軸受の潤滑を最小限の潤滑油量とすることができるとともに、軸受給油温度を軸受許容温度以下に許容でき、低粘度潤滑油の採用が可能となり、また被圧縮流体の吐出温度を高温化可能ならしめる。
かかる第１発明において、好ましくは、軸受給油系統において、前記圧縮機本体の各軸受に供給された潤滑油を前記給油タンクに回収する経路を設けるとともに、前記温度制御用給油系統において、前記油分離器及び前記油冷却器を経た潤滑油の一部を前記給油タンクに供給する経路を設ける。これによって、両系統の潤滑油を、両系統間のリーク潤滑油も含めて、最終的に軸受給油系統の給油タンクに回収することができるとともに、両系統間の潤滑油の多少のリークを許容することができるようになる。なおこの場合、両給油系統の潤滑油はお互いに混ざり合うため、同一の潤滑油を用いざるを得ない。
また第１発明において、好ましくは、ロータの軸部を回転可能に支持する軸受をすべり軸受とし、前記ロータの外表面と該すべり軸受との間に潤滑油を導入する溝を設け、該溝に導入された潤滑油を低圧の潤滑油回収系路に回収するように構成する。これによって、ロータ軸受部に対する潤滑油の供給及び回収を容易かつ確実にすることができるとともに、ある程度のロータ・ケーシング内への潤滑油の漏れ、あるいはその逆のロータ・ケーシングから軸受空間への漏れを許容しつつ、しかもそれらの漏洩量を適度に制限することができる。すなわち前記溝に潤滑油を一時集結させ、再び別の低圧の潤滑油回収系路に回収することで、潤滑油の漏洩量を緩和させることができる。
なお両給油系統の圧力差が大きいことに起因するリークが激しい場合は、前記すべり軸受とロータ軸部との間にオイルシール又はメカニカルシール等を設けることも有効である。
また第１発明において、好ましくは、前記軸受給油系統の給油タンク内のガス相を前記圧縮機本体の内部の被圧縮流体の吸入口近傍に連通する経路を設け、該経路に圧力調整弁を介装する。これによって、運転開始時に前記軸受給油系統の給油タンク内のガス相圧をできるだけ前記圧縮機本体の被圧縮流体の吸入圧又は中間圧力と同じ圧力になるように前記圧力調製弁を制御することによって、運転始動時の軸受給油系統の給油タンク内の給油圧力急上昇を防止できるとともに、ロータへのインジェクション給油は、被圧縮流体の吐出ガス圧力と吸入ガス圧力との差圧により注入する運転差圧給油方式とすることが可能となる。
また第１発明の潤滑油供給システムにおいては、本システムに停止時は、温度制御用給油系統に供給した潤滑油は、軸受給油系統に供給した潤滑油とは混ざらないように仕切られているものの、両系統間のリークにより、軸受給油系統の給油タンクは、温度制御用給油系統側圧力、すなわち圧縮機の被圧縮流体の吐出圧力と同圧になることが考えられる。
その結果、次の運転で給油ポンプを始動させた場合、高圧となり得るため、第１の手段において、好ましくは、前記潤滑油回収系路の給油ポンプの下流側で潤滑油を前記給油タンクに戻す分岐経路を設け、該分岐経路に圧力調整弁を設け、前記軸受給油系統の前記給油ポンプの下流側と上流側との軸受給油圧力の差圧及び前記温度制御用給油系統の吐出ガス圧力と前記給油ポンプ下流側の軸受給油圧との差圧に基づいて前記圧力調整弁の開度を制御する制御装置を設けたことにより、運転始動時の前記潤滑油回収系路における潤滑油圧力の急上昇を緩和することができる。
スクリュー圧縮機が軽負荷の場合、軸受給油圧力は小さくてもよいが、各軸受の対する最低必要流量を確保する必要がある。バランスピストンを具備したスクリュー圧縮機の場合、温度制御用給油系統の吸入ガス圧力と軸受給油圧力との差圧がバランスピストンへの必要な給油圧力を決定する。
また、前記軸受給油系統の給油タンクに油面レベル検出器を設け、該給油タンクから前記温度制御用給油系統に潤滑油を戻す経路を設けるとともに、該経路に流量調整弁を設け、さらに前記温度制御用給油系統において、前記油分離器及び前記油冷却器を経た潤滑油の一部を前記給油タンクに回収する経路に流量調整弁を設け、前記油面レベル検出器の検出値に基づいて前記各流量調整弁を制御し、前記給油タンクの油面レベルを所定の範囲内に制御する制御装置を設ける。これによって前記給油タンクの油面レベルを所定の範囲内に保持でき、軸受給油系統及び温度制御用給油系統相互間の油リーク等に起因した油面レベルの変動を抑えることができる。
また第１発明において、好ましくは、前記軸受給油系統において油冷却器をバイパスする分岐経路を設けるとともに、該分岐経路に潤滑油の温度調整弁を設け、該温度調整弁の開度を調整して、前記ロータ軸受部に供給する潤滑油の温度を制御する。これによってロータ軸受部に低温で、かつ高粘度の潤滑油を供給できる。
また第１発明において、ロータ軸受部にバランスピストンを具備する場合においては、好ましくは、前記軸受給油系統を前記バランスピストンに対する給油系統と他の軸受給油系統とに分割し、該他の軸受給油系統に流量調整弁を設ける。
また前記バランスピストンに対する給油圧力を、前記温度制御用給油系統における圧縮機本体内への給油圧力及び前記軸受給油系統の前記給油タンク内圧力に基づいて前記ロータ軸受部に対するスラスト荷重を算出し、該スラスト荷重に対する必要な反力を前記給油ポンプ下流側の軸受給油圧力と前記温度制御用給油系統における吸入ガス圧力との差から算出する演算装置を設ける。これによって、バランスピストン及び他の軸受それぞれに対して必要な給油圧力を常に維持することができるようになる。
また本発明において、好ましくは、前記温度制御用給油系統を通って前記圧縮機本体の内部に供給される潤滑油を高温とするか、又は流量を低減し、前記軸受給油系統を通って前記圧縮機本体の各軸受に供給される潤滑油を前記油冷却器で冷却して高粘度化した後、前記各軸受に供給する運転方法を実施する。
これによって、前記した従来技術の問題点、すなわちロータ軸受部のすべり軸受の摺動発熱による軸受材料の強度低下、あるいは潤滑油の低粘度下に起因した軸受の寿命低下を防止することができる。
また本発明において、好ましくは、始動時に前記給油タンクのガス相を前記圧縮機の吸入圧又は中間圧力と同一に維持する運転方法を実施する。これによって、圧縮機の被圧縮流体の吐出ガス圧に対して、軸受給油系統の給油圧力に差をもたせ、ロータへのインジェクション給油が、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との差圧に基づく差圧給油方式を可能とする。また運転開始時に前記給油タンクのガス相を前記圧縮機の吸入圧又は中間圧力と同一に維持することにより、運転開始時の軸受給油系統の圧力が異常に上昇するのを防止することができる。

第１図は、本発明によるスクリュー圧縮機の潤滑油供給経路の一例を模式的に示す斜視図である。
第２図は、本発明の第１実施例に係るスクリュー圧縮機の潤滑油供給システム全体のブロック線図である。
第３図は、前記第１実施例のロータ軸受部に係り、（Ａ）はロータ全体を示す立面図、（Ｂ）及び（Ｃ）はロータに装着された各軸受の縦断面図である。
第４図は、本発明の第２実施例に係るスクリュー圧縮機の潤滑油供給システムの一部のブロック線図である。
第５図は、冷媒ガスを混合した潤滑油の温度、混合割合及び粘性係数の関係を示す線図である。
第６図は、冷媒ガスの溶解量と温度、圧力との関係を示す線図である。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
第１図は、本発明によるスクリュー圧縮機の潤滑油供給経路の一例を模式的に示す斜視図である。第１図において、Ｉは温度制御用給油系統であり、スライドバルブａから雄雌からなるスクリューロータｂに向かって潤滑油を噴射し、温度制御を行なった後、被圧縮流体とともに圧縮機本体から吐出される。ＩＩは軸受給油系統であり、潤滑油をロータ軸ｃに設けられたスリーブ軸受ｄ及びスラスト軸受ｅ、又はロータ軸受部に加わるスラスト荷重を軽減するバランスピストンｇ、シール部ｈに潤滑油を供給し、その後図示しない給油タンクに連通した回収経路ＩＩ’に流出する。
なおＩＩＩは、スライド弁ａを駆動する油圧ピストンｐに給油する経路であるが、本発明にかかる経路Ｉ及びＩＩとはまったく別の閉サイクルであり、本発明とは特に関係ないので、説明を省略する。
両経路Ｉ及びＩＩは、本発明において別系統に構成されることによって、それぞれの系統の最適条件（温度、圧力、流量等）にて運転可能となり、本発明の前記目的を達成することができる。
次に本発明の第１実施例に係るスクリュー圧縮機の潤滑油供給システムを示す第２図において、１はスクリュー圧縮機本体で、２は圧縮機本体１内に回転可能に収納されたスクリューロータ、３は、圧縮機本体１内でロータ２に対して潤滑油を噴射するスライドバルブである。１ａは被圧縮流体ｆの吸入口、１ｂは被圧縮流体ｆの吐出口、２ａはロータ２の軸部である。
被圧縮流体ｆが吸入口１ａから圧縮機本体１に吸入され、ロータ２の回転により圧縮されて、吐出口１ｂから潤滑油と混ざった高圧状態で吐出され、油分離器４内でガスと潤滑油とが分離され、油冷却器５で冷却され、フィルタ６で異物を除去されて、再びスライドバルブ３に戻される。この循環閉回路が破線で示される温度制御用給油系統Ｉを構成する。
一方７は、潤滑油が貯留された給油タンクであり、給油タンク７内に貯留された潤滑油は、給油ポンプ８により油冷却器９を介し、フィルタ１０を経て、圧縮機本体１内のロータ軸受部に供給される。ロータ軸受部に供給された潤滑油は、その後回収経路Ｌ_３を通って給油タンク７に回収される。この閉回路が実線で示される潤滑油給油系統ＩＩを構成する。
給油タンク７には、油面レベルを検知して、油面レベル制御演算子１２にその油面レベル情報を送る液面発信器１１、及び油面レベルを確認する液面計１３が設けられ、油冷却器９の上流側で分岐する分岐経路Ｌ_１及び分岐部に温度調整弁１４が設けられ、分岐経路Ｌ_１には潤滑油を給油タンク７に戻す経路Ｌ_２に圧力調整弁１５が設けられている。また給油タンク７内のガス相を圧縮機本体１の内部の被圧縮流体ｆの吸入口１ａ付近に連通する経路Ｌ_４を設け、該経路に圧力調整弁１６を設けるとともに、潤滑油給油系統ＩＩの潤滑油を圧縮機本体１内に戻す経路Ｌ_５を設け、該経路に流量調整弁１７を設けている。
また温度調整用給油系統Ｉには、潤滑油の一部を給油タンク７に供給する経路Ｌ_６が設けられ、該経路にフィルタ１８及び流量調整弁１９が設けられている。Ｌ_７は油冷却器５をバイパスする経路で、その分岐部に温度調整弁２０が設けられている。また油分離器４には油面レベルが低下したとき警報を発する液面低下スイッチ２１及び液面レベルを確認する液面計２２が設けられている。また２３、２４、２５は各経路に設けられた温度発信器、２６、２７、２８、２９は圧力発信器、３０は流量発信器、３１は給油ポンプ９の上流側と下流側との潤滑油経路の圧力差、及び温度制御用給油系統Ｉと潤滑油給油系統ＩＩとの圧力差から、潤滑油給油系統ＩＩとの圧力を決定し、圧力調整弁１５を制御する制御演算子である。３２、３３、３４、３５は逆止弁、３６は手動弁である。
第３図は、前記第１実施例において、温度制御用潤滑油Ｉおよび軸受用潤滑油ＩＩが供給されるロータ軸受部の構造を示し、かかる装置における軸受給油系統ＩＩにおいて、２は雄雌からなるロータであり、その軸受２ａに、密封装置４１、ジャーナル・ベアリング４２、スラスト・ベアリング４３及びメカニカルシール４４が装着させている。図３の（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ（Ａ）中のＢ部拡大図及びＣ部拡大図であり、ともに（Ａ）中の密封装置４１及びジャーナル・ベアリング４２を一体化したすべり軸受である。
図３の（Ｂ）及び（Ｃ）において、潤滑油が通る溝４５及び４６が刻設され、溝４５、４６を通った潤滑油は回収経路Ｌ_３から給油タンク７に戻る。
第２図及び第３図に示された第１実施例において、温度制御用給油系統Ｉおよび潤滑用給油系統ＩＩは、それぞれの潤滑油の混入が避けられないため、同じ銘柄の潤滑油が好ましい。ロータへのインジェクション給油には、被圧縮流体ｆの吸引口１ａと吐出口１ｂとの差圧を利用してインジェクション給油が可能であるので、給油ポンプ８は削減可能である。
また給油温度は、給油ラインを温度制御用給油系統（インジェクション給油系統）Ｉと軸受給油系統ＩＩとに分けているため、それぞれ別の温度で供給できる。たとえばロータ２へのインジェクション給油は、ガスの凝縮を阻止する目的で高温とし（あるいは流量を減じ、又はカットさせ）、軸受供給用潤滑油は、粘度確保の目的から、低温とすることが有効である。これによって前記した従来技術の問題点、すなわちロータ軸受部のすべり軸受の摺動発熱による軸受材料の強度低下、あるいは潤滑油の低粘度下に起因した軸受の寿命低下を防止することができる。
このように本実施例によれば、ロータ２へのインジェクション給油は、被圧縮流体ｆの凝縮を阻止する目的で高温とし、あるいは流量を減少できるので、被圧縮流体ｆに混入する潤滑油量を減らすことができ、このため温度制御用給油系統Ｉの油分離器を小型化できるとともに、その分離効率を向上させることができ、さらに被圧縮流体ｆに含まれる異物の潤滑給油系統ＩＩへの侵入を最小限に抑えることができる。
このようにロータ軸受の潤滑を最小限の潤滑油量とすることができるとともに、軸受給油温度を軸受許容温度以下に許容でき、低粘度潤滑油（たとえば鉱物油）の採用が可能となり、また被圧縮流体ｆの吐出温度を高温化可能ならしめる。
また軸受給油系統ＩＩにおいて、圧縮機本体１の各軸受に供給された潤滑油を給油タンク７に回収する経路Ｌ_３を設けるとともに、温度制御用給油系統Ｉにおいて、油分離器４及び油冷却器５を経た潤滑油の一部を給油タンク７に供給する経路Ｌ_６を設ける。これによって、両系統の潤滑油を、両系統間のリーク潤滑油も含めて、最終的に軸受給油系統ＩＩの給油タンク７に回収することができるとともに、両系統間の潤滑油の多少のリークを許容することができるようになる。
なおこの場合、両給油系統の潤滑油はお互いに混ざり合うため、同一の潤滑油を用いざるを得ない。
また第３図に示すように、ロータ２の軸部を回転可能に支持する軸受をすべり軸受とし、ロータ２の外表面と該すべり軸受との間に潤滑油を導入する溝４５、４６を設け、該溝に導入された潤滑油を低圧の潤滑油回収系路Ｌ_３に回収するように構成したことにより、ロータ軸受部に対する潤滑油の供給及び回収を容易かつ確実にすることができるとともに、ある程度のロータ・ケーシング内への潤滑油の漏れ、あるいはその逆のロータ・ケーシングから軸受空間への漏れを許容しつつ、しかもそれらの漏洩量を最低限に制限することができる。すなわち前記溝に潤滑油を一時集結させ、再び別の低圧の潤滑油回収系路に回収することで、潤滑油の漏洩量を緩和させることができる。さらにメカニカルシール４４を設けたことにより、両系統Ｉ及びＩＩ間の潤滑油の漏れを極力抑えることができる。
また軸受給油系統ＩＩの給油タンク７内のガス相を圧縮機本体１内部の被圧縮流体ｆの吸入口１ａ近傍に連通する経路Ｌ_４を設け、該経路に圧力調整弁１６を介装したことによって、運転開始時に軸受給油系統ＩＩの給油タンク７内のガス相圧を圧縮機本体１の被圧縮流体ｆの吸入圧又は中間圧力と同じ圧力に維持でき、運転始動時の軸受給油系統ＩＩの給油タンク７内の高圧化を防止できるとともに、ロータ２へのインジェクション給油は、被圧縮流体ｆの吐出ガス圧力（圧力発信器２６の検出値）と吸入ガス圧力（圧力発信器２８の検出値）との差圧により注入する運転差圧給油方式とすることが可能となる。
また潤滑油回収系路ＩＩの給油ポンプ７の下流側で潤滑油を給油タンク７に戻す分岐経路Ｌ_２を設け、該分岐経路に圧力調整弁１５を設け、給油ポンプ７下流側と上流側との軸受給油圧力の差圧（圧力発信器２７と２８との検出値の差）及び温度制御用給油系統Ｉの吐出ガス圧力（圧力発信器２６の検出値）と給油ポンプ７下流側の軸受給油圧（圧力発信器２７の検出値）との差圧に基づいて圧力調整弁１５の開度を制御する制御演算子３１を設けたことにより、運転始動時の潤滑油回収系路Ｌ_３における潤滑油圧力の急上昇を緩和することができる。
また軸受給油系統ＩＩの給油タンクに油面レベル検出器１１を設け、給油タンク７から温度制御用給油系統Ｉに潤滑油を戻す経路Ｌ_５を設けるとともに、該経路に流量調整弁１７を設け、さらに温度制御用給油系統Ｉにおいて、潤滑油の一部を給油タンク７に回収する経路Ｌ_６に流量調整弁１９を設け、油面レベル検出器１１の検出値に基づいて前記各流量調整弁１７，１９を制御し、給油タンク７の油面レベルを所定の範囲内に制御する制御演算子１２を設けることによって、給油タンク７の油面レベルを所定の範囲内に保持でき、軸受給油系統ＩＩ及び温度制御用給油系統Ｉ相互間の油リーク等に起因した油面レベルの変動を抑えることができる。
また軸受給油系統ＩＩにおいて油冷却器９をバイパスする分岐経路Ｌ_１を設けるとともに、該分岐経路に潤滑油の温度調整弁１４を設け、該温度調整弁の開度を調整して、ロータ軸受部に供給する潤滑油の温度を制御することによって、ロータ軸受部に低温で、かつ高粘度の潤滑油を供給できる。
また始動時に給油タンク７のガス相を圧縮機の吸入圧又は中間圧力と同一に維持する運転方法を実施することによって、圧縮機の非圧縮流体ｆの吐出ガス圧に対して、軸受給油系統ＩＩの給油圧力に差をもたせ、ロータ２へのインジェクション給油を、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との差圧に基づく差圧給油方式とすることを可能とするとともに、運転開始時に給油タンク７のガス相を圧縮機の吸入圧又は中間圧力と同一に維持することにより、運転開始時の軸受給油系統ＩＩの圧力が異常に上昇するのを防止することができる。
本システム停止時は、温度制御用給油系統Ｉ側の潤滑油と軸受給油系統ＩＩの潤滑油とは、通常混ざらないように、弁１６、１７，１９は閉止されているものの、ロータケーシングから軸受へのリークは避けられず、給油タンク７はプロセスガス側圧力、つまり、被圧縮流体ｆの圧縮機吐出圧力と同圧になると考えられる。その結果、次の運転で給油ポンプ８を始動させた場合、圧力発信器２６及び２７で検知される温度制御用給油系統Ｉ側の油圧と軸受給油系統ＩＩ側の油圧との差圧力を制御して、軸受給油系統ＩＩ側の油圧の上昇を防ぐことができる。
また、圧力調整弁１６を、圧縮機始動後の最小負荷アイドル運転で、給油タンク７内圧力が徐々に設定圧力となるようにコントロールする。
なお本実施例は、ロータ軸受部に加わる過大なスラスト荷重を回避するためにロータ軸受部に設けた図示しないバランスピストンを具備するが、始動時、始動トルク軽減でスライドバルブ３の位置が低負荷からのスタートとなるため、バランスピストンへの給油圧力は小さくても、過大なスラスト荷重は回避可能である。したがって、圧力発信器２７で検知される軸受給油圧力は、給油流量が最小必要流量となるように、設定することもできる。
なお通常運転におけるバランスピストンが必要とする給油圧力が過大であれば、軸受給油系統をバランスピストン給油系統と他の軸受給油系統とに分別することが有効であろう。その場合、前記他の軸受給油系統における流量は、最小必要流量を確保するための制御になる。
また、運転開始時は、圧縮機ロータ２内に潤滑油はないと想定できる。インジェクション給油は、圧縮機本体の吐出圧力と吸入圧力との差圧でされるため、その際、極めて短い時間であるけれども、圧縮機ロータケーシング内は無給油状態となる。このためタイミングギアで噛み合わせるタイプの圧縮機でない限り、雄ロータと雌ロータとの接触による発熱が懸念されるため、始動時は、流量調整弁１７を微開にすると良い。
停止直後のロータケーシングから軸受給油系統ＩＩへの高圧ガス・油のリークを最小限に止めるために、スクリュー圧縮機と油分離器４との間に逆止弁、或いは自動弁を設けて高圧ガスを圧縮機内部に極力入り込ませないようにすることも有効である。
すべての給油系統は各給油系統間の油の授受はあるものの、基本的に閉サイクルであり、油面レベル制御演算子１２による流量調整弁１７及び１９の調整によって、油保有量は制御できる。
しかし、圧送用ガス圧縮機などのオープンサイクルにおいて、油分離度の善し悪しがあったとしても、インジェクション給油系統の油は徐々に減少し、いずれ枯渇すると言える。その際流量調整弁１９を開けて軸受給油系統ＩＩから油を補給せざるを得ない。連続運転が実施される場合には、圧縮機内における軸受給油の漏洩から若干のインジェクション効果が期待され、たとえインジェクション給油系統Ｉの油が枯渇したとしても、運用には差し支えがないと考えられる。しかし、軸受給油系統ＩＩの要素部品については、どれ一つとして無給油が許容されるものはない。
したがって、通常の連続使用の運用において、制御演算子３１の制御については油面レベル制御演算子１２による給油タンク７の油面レベルの設定を優先的に行なうことが有効である。
インジェクション給油系統Ｉの油保有量には、下限界アラームを設けるという方法もあるが、現実的には、運用上、被圧縮流体の圧縮機吐出温度にしか影響を及ぼさないため、吐出温度高によるトリップで停止させることになる。
第４図は、本発明の第２実施例に係る潤滑油供給経路の一部を示すブロック線図である。第４図中において、前記第１実施例に係る第２図〜第３図に示される機器あるいは部材と同一の符号を付された機器あるいは部材は同一の部材を意味する。
第４図において、経路Ｌ_８は、軸受給油系統ＩＩにおいて、他の軸受に給油する給油系統と分岐して、バランスピストン５１に潤滑油を給油する経路であり、５２及び５３は、他の軸受給油系統ＩＩに装着された圧力調整弁及び圧力発信器である。前記機器又は部材以外は前記第１実施例と同一の構成を有する。
かかる第２実施例において、軸受給油系統ＩＩにおいて、バランスピストン５１への給油と他の軸受、軸シールへの給油は同一の給油タンク７からポンプアップされた後、より高圧が要求されるバランスピストン５１へはその圧力のまま給油され、給油量自体が問題となる軸受類へは減圧し給油する、別系統としている。
給油タンク７によるポンプアップ後の圧力制御、つまりバランスピストン５１が必要とする圧力制御は、圧縮機本体１からの被圧縮流体ｆの吐出圧力（圧力発信器２６の検出値）および吸入圧力（圧力発信器２９の検出値）によって、まずスラスト荷重を算出し、それに必要な反力（バランスピストン荷重）をポンプアップ前後の差圧（前記吐出圧力−前記吸入圧力）から算出して決定する。その計算は、制御演算子３１で行う。
他の軸受類への給油量は、圧力調整弁５２を調整することによって、流量発信器５３が常に必要流量となるように、潤滑油量を確保する。
スクリュー圧縮機が軽負荷の場合、軸受給油圧力は小さくてもよいが、各軸受の対する最低必要流量を確保する必要がある。
かかる第２実施例によれば、軸受給油系統ＩＩをバランスピストン５１に対する給油系統Ｌ_８と他の軸受給油系統とに分割し、該他の軸受給油系統に流量調整弁５２を設けたことにより、バランスピストン５１及び他の軸受それぞれに対して適量の給油圧力を常に維持することができるようになる。なおバランスピストン５１が必要な圧力（圧力発信器２６と２７との検出値の差）が最小のとき、つまりバランスピストンの必要給油量が他の軸受の必要最小給油量を超えなかった場合、圧力調整弁５２を流量発信器５３が下限値以上になるように制御する。

本発明によれば、たとえば冷凍サイクル等に組み込まれるスクリュー圧縮機において、圧縮機本体に潤滑油を供給する系統を、潤滑油を圧縮機本体の各軸受に供給する低圧の軸受給油系統と、圧縮機本体の内部に供給され、被圧縮流体と接触して温度制御を行なう高圧の温度制御用給油系統とに分割したことにより、軸受給油系統の潤滑油は、給油タンクから給油ポンプにより油冷却器を経て冷却され、高粘度化された後、常時圧縮機本体の各軸受の送られる。従って軸受部の焼き付きや耐摩耗性の低下等を防止し、軸受の長寿命化を図ることができる。
またロータ軸受用の潤滑油を最小限の油量とすることができ、被圧縮流体の吐出ガス温度を高温化可能ならしめ、かつ軸受用潤滑油の給油温度を軸受許容温度以下で給油可能とするとともに、低圧低粘度オイルの採用が可能となる潤滑油供給システムを達成することができる。
また油分離器等の構成機器を小型化することができ、油分離器の分離効率を向上させることができるとともに、被圧縮流体に含まれる異物の潤滑油への混入を最小限に抑えることができる。
さらに運転始動時の軸受給油系統の給油タンク内の高圧化を防止して、運転始動時の前記潤滑油回収系路における潤滑油圧力の急上昇を緩和することができるとともに、ロータへのインジェクション給油は、被圧縮流体の吐出ガス圧力と吸入ガス圧力との差圧により注入する運転差圧給油方式とすることが可能となる。
またロータ軸受部にバランスピストンを具備する場合においても、バランスピストン及び他の軸受各々に対して必要な給油圧力を常に維持することができる。

Claims (11)

1. 機本体に潤滑油を供給する系統を、潤滑油を圧縮機本体の各軸受に供給する低圧の軸受給油系統と、圧縮機本体の内部に供給され、被圧縮流体と接触して温度制御を行なう高圧の温度制御用給油系統とに分割し、前記軸受給油系統を、給油タンク、油冷却器及び給油ポンプを備えた閉回路給油系統とし、前記温度制御用給油系統を、油分離器及び油冷却器を備えた閉回路給油系統としたことを特徴とする多系統潤滑式スクリュー圧縮機の潤滑油供給システム。
2. 前記軸受給油系統において、前記圧縮機本体の各軸受に供給された潤滑油を前記給油タンクに回収する経路を設けるとともに、前記温度制御用給油系統において、前記油分離器及び前記油冷却器を経た潤滑油の一部を前記給油タンクに供給する経路を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の多系統潤滑式スクリュー圧縮機の潤滑油供給システム。
3. ロータの軸部を回転可能に支持する軸受をすべり軸受とし、前記ロータの外表面と該すべり軸受との間に潤滑油を導入する溝を設け、該溝に導入された潤滑油を潤滑油回収系路に回収するように構成したことを特徴とする請求の範囲第１項記載の多系統潤滑式スクリュー圧縮機の潤滑油供給システム。
4. 前記給油タンク内のガス相を前記圧縮機本体の内部の被圧縮流体の吸入口近傍に連通する経路を設け、該経路に圧力調整弁を介装したことを特徴とする請求の範囲第１項記載の多系統潤滑式スクリュー圧縮機の潤滑油供給システム。
5. 前記潤滑油回収系路の給油ポンプの下流側で潤滑油を前記給油タンクに戻す分岐経路を設け、該分岐経路に圧力調整弁を設け、前記軸受給油系統の前記給油ポンプの下流側と上流側との軸受給油圧力の差圧及び前記温度制御用給油系統の吐出ガス圧力と前記給油ポンプ下流側の軸受給油圧との差圧に基づいて前記圧力調整弁の開度を制御する制御装置を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の多系統潤滑式スクリュー圧縮機の潤滑油供給システム。
6. 前記軸受給油系統の給油タンクに油面レベル検出器を設け、該給油タンクから前記温度制御用給油系統に潤滑油を戻す経路を設けるとともに、該経路に流量調整弁を設け、さらに前記温度制御用給油系統において、前記油分離器及び前記油冷却器を経た潤滑油の一部を前記給油タンクに回収する経路に流量調整弁を設け、前記油面レベル検出器の検出値に基づいて前記各流量調整弁を調整し、前記給油タンクの油面レベルを所定の範囲内に制御する制御装置を設けたことを特徴とする請求の範囲第２項記載の多系統潤滑式スクリュー圧縮機の潤滑油供給システム。
7. 前記軸受給油系統において油冷却器をバイパスする分岐経路を設けるとともに、該分岐経路に潤滑油の温度調整弁を設け、該温度調整弁の開度を調整して、前記ロータ軸受部に供給する潤滑油の温度を制御することを特徴とする請求の範囲第２項記載の多系統潤滑式スクリュー圧縮機の潤滑油供給システム。
8. ロータ軸受部にバランスピストンを具備する圧縮機本体において、前記軸受給油系統を前記バランスピストンに対する給油系統と他の軸受給油系統とに分割し、該他の軸受給油系統に流量調整弁を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の多系統潤滑式スクリュー圧縮機の潤滑油供給システム。
9. 前記バランスピストンに対する給油圧力を、前記温度制御用給油系統における圧縮機本体内への給油圧力及び前記軸受給油系統の前記給油タンク内圧力に基づいて前記ロータ軸受部に対するスラスト荷重を算出し、該スラスト荷重に対する必要な反力を前記給油ポンプ下流側の軸受給油圧力と前記温度制御用給油系統における吸入ガス圧力との差から算出する演算装置を設けたことを特徴とする請求の範囲第７項記載の多系統潤滑式スクリュー圧縮機の潤滑油供給システム。
10. 請求の範囲第１項記載の多系統潤滑式スクリュー圧縮機の潤滑油供給システムにおいて、前記温度制御用給油系統を通って前記圧縮機本体の内部に供給される潤滑油を高温とするか、又は流量を低減し、前記軸受給油系統を通って前記圧縮機本体の各軸受に供給される潤滑油を前記油冷却器で冷却して高粘度化した後、前記各軸受に供給することを特徴とする多系統潤滑式スクリュー圧縮機の運転方法。
11. 請求の範囲第４項記載の多系統潤滑式スクリュー圧縮機の潤滑油供給システムにおいて、始動時に前記給油タンクのガス相を前記圧縮機の吸入圧又は中間圧力と同一に維持することを特徴とする多系統潤滑式スクリュー圧縮機の運転方法。

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