JPWO2018038070A1 - 流体機械 - Google Patents

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Abstract

流体機械の外部から作動空間に供給された液体を、作動空間の広範囲に拡散させる。スクリューロータと、前記スクリューロータを収納するケーシングによって構成され、作動空間内に外部から液体を供給する液体供給部を備える流体機械であって、前記液体供給部は、前記スクリューロータの歯溝の幅方向よりも長手方向に液体を拡散するように構成したものである。

Description

本発明は、圧縮室内部に外部から液体を供給する機能を有する流体機械に関する。
スクリュー圧縮機として、圧縮室内部に外部から液体を供給する機能を有するものがある。液体供給の目的は、内部すき間の封止、圧縮過程における気体の冷却、摺動する雌雄両ロータの潤滑などである。
圧縮機内部に液体を噴射するものとして特許文献1がある。特許文献1には、「圧縮作動室に対応するケーシングの壁面部に給水部を形成する。・・・給水部材の底部に、角度θだけ傾斜させて外部と連通する複数の小孔を形成する。・・・先止まり穴に導かれた水は、小孔から圧縮作動室に広範囲にわたって噴射される。(段落0020,0021)」と記載されている。
特開2003−184768号公報
特許文献1に記載の「水噴射式スクリュー圧縮機」は、角度θだけ傾斜した複数の小孔を備える給水部を有し、この小孔から噴射された水は圧縮作動室内に広範囲に広がると、記載されている。傾斜した複数の小孔から噴射された水はお互いに衝突したのち拡散するものの、その方向は指向性を有する。すなわち、それぞれの小孔を結ぶ直線方向には拡散しにくく、それと直交する方向には拡散しやすいという特徴がある。一方で、スクリュー圧縮機の圧縮作動室は、雌雄両ロータに巻き付けたV字型の溝形状である。圧縮作動室の広範囲に水を拡散させるためには、雌雄両ロータの歯溝の長手方向に水を拡散させる必要があるが、特許文献1では給水部から噴射される水の拡散の指向性については考慮されていない。
本発明の目的は、流体機械の外部から作動空間に供給された液体を、作動空間の広範囲に拡散させることである。
上記の目的を達成するため、本発明の「流体機械」の一例を挙げるならば、
スクリューロータと、前記スクリューロータを収納するケーシングによって構成され、作動空間内に外部から液体を供給する液体供給部を備える流体機械であって、
前記液体供給部は、前記スクリューロータの歯溝の幅方向よりも長手方向に液体を拡散するように構成したことを特徴とする。
本発明によれば、流体機械の外部から作動空間に供給された液体が、スクリューロータの歯溝に沿って広範囲に拡散するため、圧縮気体と液体の伝熱領域が拡大し、液体による圧縮気体の冷却効果が促進でき、圧縮動力を低減することができる。
また、液体が作動空間の広範囲に拡散することにより、雄ロータの先端と雄側ボア、または雌ロータの先端と雌側ボアとの間にあるすき間を広範囲にわたって液体が封止し、圧縮効率を向上することができる。これにより、流体機械の省エネルギ化が可能となる。
本発明の第1実施例におけるスクリュー圧縮機のロータ外周図である。 本発明の第1実施例の変形例におけるスクリュー圧縮機のロータ外周図である。 本発明の第1実施例におけるノズルの断面図である。 本発明の第2実施例におけるスクリュー圧縮機のロータ外周図である。 本発明の第2実施例におけるノズルの断面図である。 本発明の第2実施例におけるスリット部と作動空間の接続部を示す図である。 本発明の第3実施例におけるスクリュー圧縮機のロータ外周図である。 本発明の第3実施例におけるノズルの断面図である。 一般的なスクリュー圧縮機の構成図である。 図8のA−A断面図である。 一般的なスクリュー圧縮機の給油経路を示す図である。
以下の実施例では2つのロータを有し、空気を圧縮するツインスクリュー空気圧縮機を流体機械の一例として説明するが、本発明の要旨を変更しない範囲において変更可能である。すなわち、他の流体機械、例えばシングルスクリュー圧縮機、トリプルスクリュー圧縮機などの3つ以上のロータを有する圧縮機にも適用可能であり、また、圧縮する気体は空気以外であってもよい。
実施例の説明に先立って、スクリュー圧縮機の全体構成を説明する。
図8および図9に、スクリュー圧縮機の構成を示す。図8はスクリュー圧縮機の構成図、図9は図8のA−A断面である。スクリュー圧縮機1は、ねじれた歯(ローブ)を持ち互いに噛み合って回転する雄ロータ2と雌ロータ3、それらを収納するケーシング4、雌雄両ロータをそれぞれ回転自在に支持するための吸込側軸受5と吐出側軸受6、およびオイルシールまたはメカニカルシールなどの軸封部品7によって構成される。一般的には、雄ロータ2は吸込側端部にロータ軸を介して回転駆動源であるモータ8に接続される。また、雄ロータ2および雌ロータ3は、それぞれケーシング4の雄側ボア9および雌側ボア10に対して数10〜数100μmのすき間を保って収容される。
モータ8によって回転駆動された雄ロータ2は、雌ロータ3を回転駆動し、雌雄両ロータの歯溝とそれを囲む雄側ボア9および雌側ボア10とで形成される作動空間11が膨張および収縮することによって、空気等の流体を吸込口12から吸入し、所定の圧力まで圧縮したのち、吐出流路13から吐出する。また、作動空間11、吸込側軸受5、吐出側軸受6、および軸封部品7に対して、スクリュー圧縮機1の外部から給液孔14、吸込側軸受給液孔15、および吐出側軸受給液孔16を介して液体が注入される。図9において、符号14aは雄側ボアの給液孔を、符号14bは雌側ボアの給液孔を示す。
図10に、スクリュー圧縮機1に供給される液体の外部経路を示す。液体経路は、スクリュー圧縮機1、遠心分離機17、冷却器18、フィルタや逆支弁などの補機19、およびそれらを接続する配管20によって構成される。スクリュー圧縮機1から吐出された圧縮気体中には、圧縮機内部に外部から注入された液体が混入している。圧縮気体中に混入した液体は、遠心分離機17によって圧縮気体から分離され、冷却器18によって冷却された後、補機19を介して分岐し、再度、給液孔14からスクリュー圧縮機1内部の作動空間11へ、吸込側軸受給液孔15から吸込側軸受5へ、吐出側軸受給液孔16から吐出側軸受6へ供給される。なお、液体経路の分岐点は、図中に示したようにスクリュー圧縮機1の外部に限られるものではなく、スクリュー圧縮機1のケーシング4の内部において分岐するものも含まれる。
本発明は、このようなスクリュー圧縮機において、スクリュー圧縮機の外部から作動空間11に供給された液体を、作動空間の広範囲に拡散させ、圧縮気体の冷却効果の促進などを行うものである。
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
図1Aおよび図2に、本発明の第1の実施例を示す。なお、本実施例は空気を圧縮するスクリュー型空気圧縮機に関するものである。また、図8および図9に示されるスクリュー圧縮機の構成については、同様の構成であることから、同一の符号を付して説明を省略する。
図2に、スクリュー圧縮機のケーシング4において、給液孔14と作動空間11の間に設けられる、液体供給部である本実施例のノズル21の断面図を示す。この断面図は、図1Aの直線21a1(詳細については後述する。)に沿って、ボアの外周面から内周面に向かって径方向に断面を取った場合の図である。実施例1のノズル21は、衝突噴流型ノズルといわれているものである。給液孔14の端部には、給液孔14よりも孔径の小さい第1の噴射孔22および第2の噴射孔23が互いに角度θだけ傾斜して接続され、第1の噴射孔22および第2の噴射孔23は作動空間11に連通する。第1の噴射孔22と第2の噴射孔23とは作動空間11側で交差しており、交差する点はスクリューロータの歯溝上に位置する。給液孔14から第1の噴射孔22および第2の噴射孔23に流入し、それぞれから噴射された潤滑油はお互いが衝突し、その後拡散する。その拡散方向には指向性があり、第1の噴射孔22と第2の噴射孔23を結ぶ直線の方向には拡散し難く、それと直交する方向には拡散しやすい。また、第1の噴射孔22および第2の噴射口23から流出した潤滑油は、衝突後に微粒化されて拡散する。なお、ノズルに供給する液体は水でも良い。
図1Aに、雄側ボア9に接続する雄側ノズル21aおよび雌側ボア10に接続する雌側ノズル21bを示す。雄側ノズル21aは、第1の噴射孔22および第2の噴射孔23の、作動空間11側の開口部のそれぞれを結ぶ直線21a1が、雄ロータの歯溝の長手方向24に対して直交するよう設置される。なお、直線21a1は、図2に示した位置だけでなく、第1の噴射孔22および第2の噴射孔23の長手方向における中心軸同士を結ぶ直線で定義される。雄側ノズル21aより噴射された潤滑油は、第1の噴射孔22と第2の噴射孔23を結ぶ直線に対して直交する方向に広く拡散するため、雄ロータ2の歯溝内に広く拡散する。これにより、微粒化された潤滑油と圧縮空気の伝熱領域が広くなり、圧縮過程における圧縮空気の冷却が促進され、圧縮効率の向上に繋がる。また、潤滑油が雄ロータ2の歯溝内に広く拡散することにより、雄ロータ2と雄側ボア9との間のすき間の広い範囲に潤滑油が介在し、圧縮空気の内部漏洩の抑制効果を向上させることができる。同様の目的により、雌側ノズル21bについても第1の噴射孔22および第2の噴射孔23を結ぶ直線が雌ロータ3の歯溝の長手方向25に対して直交するように設置される。以上により、圧縮効率が高く内部漏洩の少ない省エネルギなスクリュー型空気圧縮機の実現が可能となる。
なお、本実施例においては、雄側ノズル21aの第1の噴射孔22と第2の噴射孔23を結ぶ直線が雄ロータ2の歯溝の長手方向24に対して直交している。ただし、直交方向から±25°以内の角度であれば、潤滑油の飛散範囲は直交する場合の90%以上となるため、圧縮空気の冷却効果および内部漏洩の抑制効果は大きく変わらない。従って、雄側ノズル21aの第1の噴射孔22と第2の噴射孔23を結ぶ直線は、雄ロータ2の歯溝の長手方向24に対して、厳密に直交している必要はない。雌側ノズル21bについても同様である。
図1Bに、第1の実施例の変形例のスクリュー圧縮機のロータ外周図を示す。雄型ノズル21aおよび雌型ノズル21bをそれぞれ複数個(3個)設けたものである。複数個あるノズルの位置関係は、隣のノズルから生成される微粒化された潤滑油同士が過度に衝突し合わないように、ある程度間隔を開けて設けると良い。
図3、図4、および図5に、本発明の第2の実施例を示す。なお、本実施例は実施例1と同様にスクリュー型空気圧縮機に関するものであり、実施例1と同じ箇所については、同じ記号を付して説明する。
本実施例において、実施例1と異なる点は、雄側ノズル21aおよび雌側ノズル21bに代えて、スリット部を有する雄側ノズル26aおよび雌側ノズル26bを備えたことにある。図4に、本実施例のノズル26の、スリット部長手方向の断面図を示す。実施例2のノズル26は、ファンスプレーノズルといわれているものである。給液孔14に流入した潤滑油は、スリット部27を介して作動空間11に流入する。スリット部27は、給液孔14との接続部から作動空間11との接続部に向かって断面積が広がる形状を有する。図5に、スリット部27と作動空間11の接続部を示す。スリット部27は、スリットの長手方向の寸法aが幅方向の寸法bよりも長い形状である。スリット部27から作動空間11に噴射される潤滑油は、寸法bの方向(スリットの幅方向)よりも、寸法aの方向(スリットの長手方向)に広く拡散する。潤滑油は、スリット部27から膜状に噴射され、その後、微粒化していく。
図3に示すように、雄側ノズル26aは、雄ロータ2の歯溝の長手方向24に沿って、スリット部27の長手方向の寸法aを示す直線26a1が位置するように配置される。なお、直線26a1は、図4に示す位置のみならず、この位置と並行関係にある位置を定義してもよい。これにより、雄側ノズル26aから噴射された潤滑油は、スリット部27の長手方向に広く拡散するため、雄ロータ2の歯溝内に広く拡散する。これにより、実施例1と同様に、圧縮空気の冷却効果および内部漏洩の低減効果が促進される。同様の目的により、雌側ノズル26bについても、寸法aの方向(スリットの長手方向)が雌ロータ3の歯溝の長手方向25に沿うように設置する。以上により、省エネルギなスクリュー型空気圧縮機の実現が可能となる。
なお、本実施例においては、雄ロータ2の歯溝の長手方向24に沿って平行に、スリット部27の長手方向の寸法aを示す直線26a1が配置されているが、第1実施例に記載した説明と同様の理由により、雄ロータ2の歯溝の長手方向24に対して±25°以内の角度であれば、平行である場合に比べて90%以上の潤滑油の拡散範囲を実現可能である。従って、スリット部27の長手方向の寸法aが、雄ロータ2の歯溝の長手方向24に対して厳密に平行になっている必要はない。雌側ノズル26bについても同様である。
図6および図7に、本発明の第3の実施例を示す。なお、本実施例は実施例2と同様にスクリュー型空気圧縮機に関するものであり、実施例2と同じ箇所については、同じ記号を付して説明する。
本実施例において、第2の実施例と異なる点は、ノズル26と作動空間11の接続部の形状が、より開口部の面積が大きい長方形の溝部29を有するノズル28を備えたことにある。本実施例においては、ノズル28と作動空間11の接続部である溝部29の開口部の長辺の寸法は、実施例2のスリット部27におけるそれの10倍であり、短辺の寸法はスリット部27におけるそれと同等程度である。
図6に示すように、雄ロータ2に接続されたノズル28aは、その開口部の長手方向28a1が作動空間11を形成する雄ロータ2の歯溝の長手方向24と同一又はほぼ同一方向に沿うように配置される。雌ロータ3に接続されたノズル28bについても同様である。これにより、実施例2に示したノズル26と比べて、ノズル28と作動空間11の接続部の開口面積が大きいため、潤滑油の微粒化の効果は小さくなるものの、作動空間11を形成する雄ロータ2の歯溝および雌ロータ3の歯溝のより広範囲に潤滑油が広く拡散する。従って、雄ロータ2と雄側ボア9の間のすき間、および雌ロータ3と雌側ボア10のすき間のより広範囲を潤滑油によって封止する効果があり、内部漏洩の小さい、すなわち省エネルギであるスクリュー型空気圧縮機の実現が可能となる。
なお、上記の各実施例では、空気を圧縮するスクリュー型空気圧縮機を例に本発明を説明したが、本発明は、空気に限らず、気体を圧縮するスクリュー圧縮機全般に用いることができる。また、雌雄一対のスクリューロータを備えるスクリュー圧縮機について説明したが、本発明は、シングルロータやトリロータのスクリュー圧縮機にも用いることができる。
以上の各実施例で説明したとおり、本発明では、スクリュー圧縮機において、液体供給部であるノズルは、スクリューロータの歯溝の幅方向よりも長手方向に液体を拡散するように構成されている。
これにより、スクリュー圧縮機の外部から作動空間に供給された液体が、スクリューロータの歯溝に沿って広範囲に拡散するため、圧縮気体と液体の伝熱領域が拡大し、液体による圧縮気体の冷却効果が促進でき、圧縮動力を低減することができる。また、液体が作動空間の広範囲に拡散することにより、ロータの先端とボアとの間にあるすき間を広範囲にわたって液体が封止し、圧縮効率を向上することができる。そして、スクリュー圧縮機の省エネルギ化が可能となる。
1…スクリュー圧縮機
2…雄ロータ
3…雌ロータ
4…ケーシング
5…吸込側軸受
6…吐出側軸受
7…軸封部品
8…モータ
9…雄側ボア
10…雌側ボア
11…作動空間
12…吸込口
13…吐出流路
14…給液孔
15…吸込側軸受給液孔
16…吐出側軸受給液孔
17…遠心分離機
18…冷却器
19…補機
20…配管
21…実施例1のノズル
22…第1の噴射孔
23…第2の噴射孔
24…雄ロータ2の歯溝の長手方向
25…雌ロータ3の歯溝の長手方向
26…実施例2のノズル
27…スリット部
28…実施例3のノズル
29…溝部

Claims (13)

  1. スクリューロータと、前記スクリューロータを収納するケーシングによって構成され、作動空間内に外部から液体を供給する液体供給部を備える流体機械であって、
    前記液体供給部は、前記スクリューロータの歯溝の幅方向よりも長手方向に液体を拡散するように構成したことを特徴とする流体機械。
  2. 請求項1記載の流体機械において、
    前記液体供給部は、それぞれの軸が同一平面内で互いに傾斜し、同一歯溝内で交差する複数の液体噴射孔を備えていることを特徴とする流体機械。
  3. 請求項2記載の流体機械において、
    前記複数の液体噴射孔の長手方向における中心軸同士を結ぶ直線が、前記スクリューロータの歯溝の長手方向と直交する方向に対して、所定の角度となるように、前記液体供給部が配置されていることを特徴とする流体機械。
  4. 請求項3記載の流体機械において、
    前記直線が、前記スクリューロータの液体噴射孔に連通する歯溝の長手方向と直交する方向に、前記液体供給部が配置されていることを特徴とする流体機械。
  5. 請求項2記載の流体機械において、
    前記液体供給部は、衝突噴流型ノズルであることを特徴とする流体機械。
  6. 請求項1記載の流体機械において、
    前記液体供給部は、給液孔と作動空間とを接続するスリット部を有し、該スリット部の長手方向の寸法が幅方向の寸法よりも長い形状であることを特徴とする流体機械。
  7. 請求項6記載の流体機械において、
    前記液体供給部のスリット部の長手方向が、前記スクリューロータの液体噴射孔に連通する歯溝の長手方向と、所定の角度となるように、前記液体供給部が配置されていることを特徴とする流体機械。
  8. 請求項7記載の流体機械において、
    前記液体供給部のスリット部は、前記給液孔から作動空間に向かってその断面積が拡大するものであることを特徴とする流体機械。
  9. 請求項7記載の流体機械において、
    前記液体供給部のスリット部の長手方向が、前記スクリューロータの液体噴射孔に連通する歯溝の長手方向と平行となるように、前記液体供給部が配置されていることを特徴とする流体機械。
  10. 請求項7記載の流体機械において、
    前記液体供給部は、ファンスプレーノズルであることを特徴とする流体機械。
  11. 請求項1記載の流体機械において、
    前記液体供給部は、作動空間側の開口部が長方形状の溝部を有し、該溝部の長手方向の寸法が幅方向の寸法よりも長い形状であることを特徴とする流体機械。
  12. 請求項11記載の流体機械において、
    前記液体供給部の溝部の長手方向が、前記スクリューロータの液体噴射孔に連通する歯溝の長手方向と、所定の角度となるように、前記液体供給部が配置されていることを特徴とする流体機械。
  13. 請求項11記載の流体機械において、
    前記液体供給部の溝部の長手方向が、前記スクリューロータの液体噴射孔に連通する歯溝の長手方向と平行となるように、前記液体供給部が配置されていることを特徴とする流体機械。
JP2018535673A 2016-08-23 2017-08-22 流体機械 Active JP6728364B2 (ja)

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