KR20120011797A

KR20120011797A - 유체 기계

Info

Publication number: KR20120011797A
Application number: KR1020110071705A
Authority: KR
Inventors: 도시유끼 미야따께
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2012-02-08
Also published as: CN102345602A; JP5425009B2; CN102345602B; JP2012026324A; KR101284488B1

Abstract

본 발명의 유체 기계에 있어서는, 고압측의 베어링실 내에, 로터실측으로부터 순서대로, 로터축과 케이싱 사이를 밀봉하는 고압측 제1 시일 부재 및 고압측 제2 시일 부재를 간격을 두고 설치하고, 고압측 제1 시일 부재와 고압측 제2 시일 부재 사이에 형성한 고압측 제1 시일 공간과 한쪽에서 연속하는 고압측 제1 연통로의 다른 쪽에, 고압측 제1 시일 공간 내의 압력이 고압측 제2 시일 부재의 내용 압력 이하로 되도록 고압측 제1 연통로로부터 진입하는 대상 유체를 확산하여, 케이싱의 외부와 연통하는 제1 확산 공간을 형성한다. 이와 같은 구성에 의해, 로터와 로터의 로터축을 지지하는 베어링 사이의 거리를 작게 유지하면서, 베어링실의 시일 부재 사이의 시일 공간의 압력을 효율적으로 저감시킬 수 있다.

Description

유체 기계 {FLUID MACHINE}

본 발명은 유체 기계(예를 들어, 스크류 로터를 구비한 스크류 유체 기계)에 관한 것이다.

일본 특허 출원 공개 제2009-250195호에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 대상 유체를 압축, 또는 팽창하는 스크류 로터(101)를 수용하는 로터실(102)과, 이 로터실(102)의 고압측 및 저압측에 각각 스크류 로터(101)의 로터축(103, 103)을 지지하는 베어링(104, 104)을 설치하는 베어링실(105, 106)을 구비한 스크류 유체 기계(100)가 개시되어 있다.

고압측의 베어링실(105) 내부에는 베어링(104)보다 로터실(102)측에, 로터실(102)측으로부터 순서대로 제1 시일 부재(107), 제2 시일 부재(108) 및 제3 시일 부재(109)가 배치되어 있다. 제1 시일 부재(107)와 제2 시일 부재(108) 사이에는 제1 시일 공간(110)이 형성되고, 제2 시일 부재(108)와 제3 시일 부재(109) 사이에는 제2 시일 공간(111)이 형성되어 있다.

제1 시일 부재(107)는 비접촉 시일이므로, 로터실(102)로부터 제1 시일 공간(110)으로의 대상 유체의 누설이 약간 발생한다. 제1 시일 공간(110)으로 누출된 대상 유체는 제2 시일 부재(108)의 내용(耐用) 압력 이하의 대기에 연통하는 제1 연통 구멍(112)을 통해 대기에 방출된다. 또한, 제1 시일 공간(110)의 대상 유체의 일부가 제1 연통 구멍(112)을 통해 대기에 방출되지 않고 제2 시일 부재(108)를 넘어 제2 시일 공간(111)에 누출된 경우라도, 제3 시일 부재(109)의 내용 압력 이하의 대기에 연통하는 제2 연통 구멍(113)을 통해 대기에 방출된다. 이와 같이 하여, 대상 유체가, 제3 시일 부재(109)로부터 볼 때 로터실(102)과는 반대측이고, 베어링실(105)에 배치되어 있는 베어링(104)측의 공간으로 침입하여, 베어링(104)에 악영향을 미치는 것을 회피할 수 있고, 또한 제2 시일 공간(111)과 베어링실(105)에 배치되어 있는 베어링(104)측의 공간 사이를 밀봉하는 제3 시일 부재(109)의 손모를 회피할 수 있도록 되어 있다.

한편, 스크류 유체 기계(100)에서는, 대상 유체를 압축, 또는 팽창할 때에, 대상 유체로부터 하중을 받아 스크류 로터(101)의 로터축(103)이 경사지는 것이 생각된다. 스크류 로터(101)의 로터축(103)이 경사진 경우, 베어링(104)의 내륜도 외륜에 대해 경사진다. 일반적으로, 베어링에는 그 기능을 발휘하기 위해 허용되는 외륜에 대한 내륜의 최대 경사각이 규정되어 있다. 스크류 유체 기계(100)에서는 상기 경사에 의해 내륜의 경사각이 최대 경사각을 초과하지 않도록 설계할 필요가 있고, 그것을 위해서는 스크류 로터(101)와 베어링(104) 사이의 거리를 가능한 한 작게 하는 것이 유리하다.

그러나, 스크류 로터(101)와 베어링(104) 사이의 거리를 작게 하면, 제1 연통 구멍(112)이나 제2 연통 구멍(113)의 유로의 단면적이 작아져 유동 저항이 커져 버린다. 그로 인해, 제1 시일 공간(110) 및 제2 시일 공간(111)의 압력을, 제2 시일 부재(108)와 제3 시일 부재(109) 각각의 내용 압력 이하로 저감시킬 수 없게 된다. 또한, 대상 유체를 상기 유로로부터 스크류 유체 기계(100)의 외부에서 근린의 대기 공간에 방출할 수 없는 경우, 제1 연통 구멍(112) 및 제2 연통 구멍(113)으로부터 스크류 유체 기계(100)의 외부에서 먼 곳의 저압 공간까지 배관할 필요가 있고, 그 배관에 의해, 더욱 유동 저항을 증대시키는 결과, 제1 시일 공간(110) 및 제2 시일 공간(111)의 압력값을 원하는 값으로 저감시킬 수 없는 다른 요인으로 되어 있었다.

본 발명은 로터와 로터의 로터축을 지지하는 베어링 사이의 거리를 작게 유지하면서, 베어링실의 시일 부재 사이의 시일 공간의 압력을 효율적으로 저감시킬 수 있는 유체 기계를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 유체 기계는 대상 유체를 압축, 또는 팽창하는 로터를 수용하는 로터실과, 상기 로터의 로터축을 삽입 관통하는 베어링실을 상기 로터실의 고압측 및 저압측의 각각에 갖는 케이싱과, 상기 고압측 및 저압측의 베어링실에 각각 설치되어, 상기 로터의 로터축을 회전 가능하게 지지하는 베어링을 구비하는 유체 기계이며, 상기 고압측의 베어링실 내에 상기 베어링보다 상기 로터실측에 위치하도록 설치되어, 상기 로터축과 상기 케이싱 사이를 밀봉하는 고압측 제1 시일 부재와, 상기 고압측의 베어링실 내에 상기 고압측 제1 시일 부재와 상기 베어링 사이에 위치하도록 설치되어, 상기 로터축과 상기 케이싱 사이를 밀봉하는 고압측 제2 시일 부재와, 상기 고압측의 베어링실 내의 상기 고압측 제1 시일 부재와 상기 고압측 제2 시일 부재 사이에 형성된 고압측 제1 시일 공간과, 상기 케이싱에 상기 고압측 제1 시일 공간과 연속하도록 설치된 고압측 제1 연통로와, 상기 케이싱에, 상기 로터실로부터 이격된 위치에, 한쪽이 상기 고압측 제1 연통로와 연속하고 다른 쪽이 상기 케이싱의 외부와 연통하도록 형성되어, 상기 고압측 제1 시일 공간 내의 압력이 상기 고압측 제2 시일 부재의 내용 압력 이하로 되도록, 상기 고압측 제1 연통로로부터 진입하는 대상 유체를 확산하는 제1 확산 공간을 구비하도록 하였다.

이 구성에 따르면, 로터실로부터 고압측 제1 시일 부재를 넘어 고압측 제1 시일 공간에 누출된 대상 유체는 고압측 제1 연통로를 통해 제1 확산 공간에 진입한다. 그리고, 대상 유체는 제1 확산 공간에서 확산되어 압력이 저하되어, 케이싱의 외부로 방출된다. 제1 확산 공간을 형성함으로써, 고압측 제1 연통로에서의 유동 저항을 저감시킬 수 있으므로, 로터와 로터의 로터축을 지지하는 베어링 사이의 거리를 작게 유지하면서, 베어링실의 고압측 제1 시일 부재와 고압측 제2 시일 부재 사이의 고압측 제1 시일 공간의 압력을 효율적으로 저감시킬 수 있다. 이와 같이 하여, 고압측 제1 시일 공간 내의 압력을 고압측 제2 시일 부재의 내용 압력 이하로 되도록 유지할 수 있다.

상기 고압측의 베어링실 내에 상기 고압측 제2 시일 부재와 상기 베어링 사이에 위치하도록 설치되어, 상기 로터축과 상기 케이싱 사이를 밀봉하는 고압측 제3 시일 부재와, 상기 고압측의 베어링실 내의 상기 고압측 제2 시일 부재와 상기 고압측 제3 시일 부재 사이에 형성된 고압측 제2 시일 공간과, 상기 케이싱에 상기 고압측 제2 시일 공간과 연속하도록 설치된 고압측 제2 연통로와, 상기 케이싱에, 상기 로터실로부터 이격된 위치에, 한쪽이 상기 고압측 제2 연통로와 연속하고 다른 쪽이 상기 케이싱의 외부와 연통하도록 형성되어, 상기 고압측 제2 시일 공간 내의 압력이 상기 고압측 제3 시일 부재의 내용 압력 이하로 되도록, 상기 고압측 제2 연통로로부터 진입하는 대상 유체를 확산하는 제2 확산 공간을 구비하는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 고압측 제1 시일 공간으로부터 고압측 제2 시일 부재를 넘어 고압측 제2 시일 공간에 누출된 대상 유체는 고압측 제2 연통로를 통해 제2 확산 공간에 진입한다. 그리고, 대상 유체는 제2 확산 공간에서 확산되어 압력이 저하되어, 케이싱의 외부로 방출된다. 제2 확산 공간을 형성함으로써, 고압측 제2 연통로에서의 유동 저항을 저감시킬 수 있으므로, 로터와 로터의 로터축을 지지하는 베어링 사이의 거리를 작게 유지하면서, 베어링실의 고압측 제2 시일 부재와 고압측 제3 시일 부재 사이의 고압측 제2 시일 공간의 압력을 효율적으로 저감시킬 수 있다. 이와 같이 하여, 고압측 제2 시일 공간 내의 압력을 고압측 제3 시일 부재의 내용 압력 이하로 되도록 유지할 수 있다.

상기 저압측의 베어링실 내에 상기 베어링보다 상기 로터실측에 위치하도록 설치되어, 상기 로터축과 상기 케이싱 사이를 밀봉하는 저압측 제1 시일 부재와, 상기 저압측의 베어링실 내에 상기 저압측 제1 시일 부재와 상기 베어링 사이에 위치하도록 설치되어, 상기 로터축과 상기 케이싱 사이를 밀봉하는 저압측 제2 시일 부재와, 상기 저압측의 베어링실 내에 상기 저압측 제2 시일 부재와 상기 베어링 사이에 위치하도록 설치되어, 상기 로터축과 상기 케이싱 사이를 밀봉하는 저압측 제3 시일 부재와, 상기 저압측의 베어링실 내의 상기 저압측 제1 시일 부재와 상기 저압측 제2 시일 부재 사이에 형성된 저압측 제1 시일 공간과, 상기 저압측의 베어링실 내의 상기 저압측 제2 시일 부재와 상기 저압측 제3 시일 부재 사이에 형성된 저압측 제2 시일 공간과, 상기 케이싱에 설치되어, 상기 저압측 제1 시일 공간과 상기 제1 확산 공간을 연통하는 저압측 제1 연통로와, 상기 케이싱에 설치되어, 상기 저압측 제2 시일 공간과 상기 제2 확산 공간을 연통하는 저압측 제2 연통로를 구비하는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 로터실로부터 저압측 제1 시일 부재를 넘어 저압측 제1 시일 공간에 누출된 대상 유체는 저압측 제1 연통로를 통해 제1 확산 공간에 진입한다. 또한, 저압측 제1 시일 공간으로부터 저압측 제2 시일 부재를 넘어 저압측 제2 시일 공간에 누출된 대상 유체는 저압측 제2 연통로를 통해 제2 확산 공간에 진입한다. 그리고, 대상 유체는 제1 확산 공간 및 제2 확산 공간 각각에서 확산되어 압력이 저하되어, 케이싱의 외부로 방출된다. 제1 확산 공간 및 제2 확산 공간을 형성함으로써, 저압측 제1 연통로 및 저압측 제2 연통로에서의 유동 저항을 저감시킬 수 있으므로, 로터와 로터의 로터축을 지지하는 베어링 사이의 거리를 작게 유지하면서, 베어링실의 저압측 제1 시일 부재와 저압측 제2 시일 부재 사이의 저압측 제1 시일 공간 및 저압측 제2 시일 부재와 저압측 제3 시일 부재 사이의 저압측 제2 시일 공간의 압력을 효율적으로 저감시킬 수 있다. 이와 같이 하여, 저압측 제1 시일 공간 내의 압력을 저압측 제2 시일 부재의 내용 압력 이하로 되도록 유지할 수 있는 동시에, 저압측 제2 시일 공간 내의 압력을 저압측 제3 시일 부재의 내용 압력 이하로 되도록 유지할 수 있다. 또한, 장치 외의 배관을 간소화할 수 있으므로, 조립의 작업성의 향상 및 장치를 포함하는 설비 전체의 소형화를 실현할 수 있다.

상기 제1 확산 공간을 상기 케이싱의 내부에 형성할 수 있다.

상기 제1 확산 공간을 상기 케이싱의 외주 부분에 형성할 수 있다. 이 구성에 따르면, 대상 유체의 방열량을 저감시킬 수 있다. 또한, 케이싱의 내부에 제1 확산 공간을 형성할 필요가 없으므로, 케이싱의 가공을 용이하게 할 수 있다.

상기 제2 확산 공간을 상기 케이싱의 내부에 형성할 수 있다.

상기 제2 확산 공간을 상기 케이싱의 외주 부분에 형성할 수 있다. 이 구성에 따르면, 대상 유체의 방열량을 저감시킬 수 있다. 또한, 케이싱의 내부에 제2 확산 공간을 형성할 필요가 없으므로, 케이싱의 가공을 용이하게 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 제1 확산 공간을 형성함으로써, 고압측 제1 연통로에서의 유동 저항을 저감시킬 수 있으므로, 로터와 로터의 로터축을 지지하는 베어링 사이의 거리를 작게 유지하면서, 베어링실의 고압측 제1 시일 부재와 고압측 제2 시일 부재 사이의 고압측 제1 시일 공간의 압력을 효율적으로 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 유체 기계의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태의 유체 기계의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태의 유체 기계의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 4는 종래의 유체 기계의 개략 구성을 도시하는 도면.

이하, 본 발명에 있어서의 제1 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 유체 기계의 제1 실시 형태인 스크류 압축기(10)를 도시한다. 스크류 압축기(10)는 케이싱(11)의 로터실(12) 내에 수용된 암수 맞물리는 한 쌍의 스크류 로터(13, 13)로, 저압(예를 들어, 대략 대기압)의 대상 유체(공기, 증기 등)를 (예를 들어, 0.5㎫G로) 압축하여 토출하는 것이다.

케이싱(11)에는 로터실(12)에 압축해야 할 대상 유체를 공급하는 흡입 유로(도시하지 않음)와, 로터실(12) 내에서 스크류 로터(13, 13)에 의해 압축된 대상 유체를 배출하는 토출 유로(도시하지 않음)와, 스크류 로터(13)의 로터축(14, 14)을 흡입측(저압측) 및 토출측(고압측)에서 각각 지지하는 구조를 설치하기 위한 베어링실(15, 16)이 설치되어 있다. 베어링실(15, 16)은 각각 로터실(12)로부터 순서대로 배치된 소경부(17, 18)와 대경부(오일 밀봉 공간)(19, 20)를 구비하고 있다.

로터축(14)은 흡입측의 베어링실(15)의 대경부(19) 내에 설치된 롤러 베어링(21)과, 토출측의 베어링실(16)의 대경부(20) 내에 설치된 2개의 볼 베어링(22)으로 회전 가능하게 지지되고, 흡입측의 베어링실(15)로부터 케이싱(11)을 관통하고 외부로 연신하여, 도시하지 않은 모터에 접속된다.

흡입측의 베어링실(15)의 소경부(17) 내에는 로터실(12)로부터 순서대로, 저압측 제1 시일 부재(23), 저압측 제2 시일 부재(24) 및 저압측 제3 시일 부재(25)가 서로 간격을 두고 설치되어 있다. 저압측 제1 시일 부재(23) 및 저압측 제2 시일 부재(24)는 흡입 유로(도시하지 않음)로부터 롤러 베어링(21)측으로 대상 유체가 침입하지 않도록 로터축(14)과 케이싱(11) 사이를 밀봉한다. 저압측 제1 시일 부재(23)는 래버린스 시일 등의 비접촉식 시일이다. 저압측 제2 시일 부재(24)는 비스코 시일 등의 비접촉식 시일이다. 저압측 제3 시일 부재(25)는 롤러 베어링(21)의 오일이 스크류 로터(13)측으로 유출되지 않도록 로터축(14)과 케이싱(11) 사이를 밀봉한다. 저압측 제3 시일 부재(25)는 립 시일 등의 접촉식 시일이지만, 비접촉식 시일이라도 좋다.

저압측 제1 시일 부재(23)와 저압측 제2 시일 부재(24) 사이에는 저압측 제1 시일 공간(26)이 형성되어 있다. 또한, 저압측 제2 시일 부재(24)와 저압측 제3 시일 부재(25) 사이에는 저압측 제2 시일 공간(27)이 형성되어 있다.

케이싱(11)에는 저압측 제1 시일 공간(26)과 외부(대기)를 연통하는 저압측 제1 연통로(28)가 스크류 로터(13)의 로터축(14)과 직교하는 방향으로 연장되도록 설치되어 있다. 또한, 케이싱(11)에는 저압측 제2 시일 공간(27)과 외부(대기)를 연통하는 저압측 제2 연통로(29)가 스크류 로터(13)의 로터축(14)과 직교하는 방향으로 연장되도록 설치되어 있다.

토출측의 베어링실(16)의 소경부(18) 내에는 로터실(12)로부터 순서대로, 고압측 제1 시일 부재(30), 고압측 제2 시일 부재(31) 및 고압측 제3 시일 부재(32)가 서로 간격을 두고 설치되어 있다. 고압측 제1 시일 부재(30) 및 고압측 제2 시일 부재(31)는 토출 유로(도시하지 않음)로부터 볼 베어링(22)측으로 대상 유체가 침입하지 않도록 로터축(14)과 케이싱(11) 사이를 밀봉한다. 고압측 제1 시일 부재(30)는 래버린스 시일 등의 비접촉식 시일이다. 고압측 제2 시일 부재(31)는 비스코 시일 등의 비접촉식 시일이다. 고압측 제3 시일 부재(32)는 볼 베어링(22)의 오일이 스크류 로터(13)측으로 유출되지 않도록 로터축(14)과 케이싱(11) 사이를 밀봉한다. 고압측 제3 시일 부재(32)는 립 시일 등의 접촉식 시일이지만, 비접촉식 시일이라도 좋다.

고압측 제1 시일 부재(30)와 고압측 제2 시일 부재(31) 사이에는 고압측 제1 시일 공간(33)이 형성되어 있다. 또한, 고압측 제2 시일 부재(31)와 고압측 제3 시일 부재(32) 사이에는 고압측 제2 시일 공간(34)이 형성되어 있다.

케이싱(11)에는 고압측 제1 시일 공간(33)과 후술하는 제1 확산 공간(37)을 연통하는 고압측 제1 연통로(35)가 스크류 로터(13)의 로터축(14)과 직교하는 방향으로 연장되도록 설치되어 있다. 또한, 케이싱(11)에는 고압측 제2 시일 공간(34)과 후술하는 제2 확산 공간(38)을 연통하는 고압측 제2 연통로(36)가 스크류 로터(13)의 로터축(14)과 직교하는 방향으로 연장되도록 설치되어 있다.

케이싱(11)에는 로터실(12)의 직경 방향 외측에 로터실(12)과 간격을 두고[즉, 로터실(12)로부터 이격된 위치에] 제1 확산 공간(37)이 형성되어 있다. 제1 확산 공간(37)은 한쪽이 고압측 제1 연통로(35)와 연속하고 다른 쪽이 케이싱(11)의 외부(대기)와 연통하고 있다. 제1 확산 공간(37)은 그 대부분이, 로터실(12)을 따르도록 연장되어 있고, 고압측 제1 연통로(35)로부터 진입하는 대상 유체를 확산하여, 고압측 제1 시일 공간(33) 내의 압력이 고압측 제2 시일 부재(31)의 내용 압력 이하로 되는 충분한 크기를 갖고 있다.

또한, 케이싱(11)에는 로터실(12)의 직경 방향 외측에 로터실(12)과 간격을 두고[즉, 로터실(12)로부터 이격된 위치에] 제2 확산 공간(38)이 형성되어 있다. 제2 확산 공간(38)은 한쪽이 고압측 제2 연통로(36)와 연속하고 다른 쪽이 케이싱(11)의 외부(대기)와 연통하고 있다. 제2 확산 공간(38)은 그 대부분이, 로터실(12)을 따르도록 연장되어 있고, 고압측 제2 연통로(36)로부터 진입하는 대상 유체를 확산하여, 고압측 제2 시일 공간(34) 내의 압력이 고압측 제3 시일 부재(32)의 내용 압력 이하로 되는 충분한 크기를 갖고 있다.

스크류 압축기(10)는 흡입 유로(도시하지 않음)로부터 로터실(12)로 공급된 대상 유체를, 스크류 로터(13, 13)의 압축 공간(도시하지 않음)에서 압축하여 로터실(12)로부터 토출 유로(도시하지 않음)로 토출한다.

고압측 제1 시일 부재(30)는 스크류 로터(13, 13)로 압축된 대상 유체를 로터실(12) 내에 밀봉하는 것이지만, 고압측 제1 시일 공간(33)에는 약간이지만 대상 유체가 누출된다. 고압측 제1 시일 공간(33)에 누출된 대상 유체는 고압측 제1 연통로(35)를 통해 제1 확산 공간(37)에 진입한다. 그리고, 대상 유체는 제1 확산 공간(37)에서 확산되어 압력이 저하되어, 케이싱(11)의 외부로 방출된다.

또한, 대상 유체가 고압측 제1 시일 공간(33)으로부터 고압측 제2 시일 부재(31)를 넘었다고 해도, 고압측 제2 시일 공간(34)의 고압측 제3 시일 부재(32)에 의해 베어링(22)측으로의 누출은 저지된다. 고압측 제2 시일 공간(34)에 누출된 대상 유체는 고압측 제2 연통로(36)를 통해 제2 확산 공간(38)에 진입한다. 그리고, 대상 유체는 제2 확산 공간(38)에서 확산되어 압력이 저하되어, 케이싱(11)의 외부로 방출된다.

로터실(12)로부터 저압측 제1 시일 부재(23)를 넘어 저압측 제1 시일 공간(26)에 누출된 대상 유체는 저압측 제1 연통로(28)를 통해 케이싱(11)의 외부로 방출된다. 또한, 저압측 제1 시일 공간(26)으로부터 저압측 제2 시일 부재(24)를 넘어 저압측 제2 시일 공간(27)에 누출된 대상 유체는 저압측 제2 연통로(29)를 통해 케이싱(11)의 외부로 방출된다.

제1 확산 공간(37)을 형성함으로써, 고압측 제1 연통로(35)에서의 유동 저항을 저감시킬 수 있으므로, 스크류 로터(13)와 스크류 로터(13)의 로터축(14)을 지지하는 베어링(22) 사이의 거리를 작게 유지하면서, 베어링실(16)의 고압측 제1 시일 부재(30)와 고압측 제2 시일 부재(31) 사이의 고압측 제1 시일 공간(33)의 압력을 효율적으로 저감시킬 수 있다. 이와 같이 하여, 고압측 제1 시일 공간(33) 내의 압력을 고압측 제2 시일 부재(31)의 내용 압력 이하로 되도록 유지할 수 있다.

제2 확산 공간(38)을 형성함으로써, 고압측 제2 연통로(36)에서의 유동 저항을 저감시킬 수 있으므로, 스크류 로터(13)와 스크류 로터(13)의 로터축(14)을 지지하는 베어링(22) 사이의 거리를 작게 유지하면서, 베어링실(16)의 고압측 제2 시일 부재(31)와 고압측 제3 시일 부재(32) 사이의 고압측 제2 시일 공간(34)의 압력을 효율적으로 저감시킬 수 있다. 이와 같이 하여, 고압측 제2 시일 공간(34) 내의 압력을 고압측 제3 시일 부재(32)의 내용 압력 이하로 되도록 유지할 수 있다.

케이싱(11)에 저압측 제1 연통로(28)를 설치함으로써, 저압측 제1 시일 공간(26) 내의 압력을 저압측 제2 시일 부재(24)의 내용 압력 이하로 되도록 유지할 수 있다. 그리고, 케이싱(11)에 저압측 제2 연통로(29)를 설치함으로써, 저압측 제2 시일 공간(27) 내의 압력을 저압측 제3 시일 부재(25)의 내용 압력 이하로 되도록 유지할 수 있다.

제1 확산 공간(37), 제2 확산 공간(38)을 형성함으로써, 대상 유체가 흐르는 방향과 직교하는 방향의 면적이 작은 고압측 제1 연통로(35), 고압측 제2 연통로(36)의 길이를 짧게 할 수 있으므로, 고압측 제1 연통로(35), 고압측 제2 연통로(36)를 통과하는 대상 유체의 유동 저항을 작게 할 수 있어, 압력 손실이 과대해지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제1 확산 공간(37) 및 제2 확산 공간(38)의 하류측에 유로를 확장한 경우라도, 그 유로의 통과 단면적을, 고압측 제1 연통로(35) 및 고압측 제2 연통로(36)의 대상 유체가 흐르는 방향과 직교하는 방향의 면적보다 크게 할 수 있으므로, 그 유로의 압력 손실의 영향이 고압측 제1 시일 공간(33) 및 고압측 제2 시일 공간(34)에 미치는 것을 회피할 수 있다.

도 2는 제2 실시 형태에 있어서의 스크류 압축기(10)를 도시한다. 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.

저압측 제1 연통로(28)는 저압측 제1 시일 공간(26)과 제1 확산 공간(37)을 연통하고 있다. 또한, 저압측 제2 연통로(29)는 저압측 제2 시일 공간(27)과 제2 확산 공간(38)을 연통하고 있다.

로터실(12)로부터 저압측 제1 시일 부재(23)를 넘어 저압측 제1 시일 공간(26)에 누출된 대상 유체는 저압측 제1 연통로(28)를 통해 제1 확산 공간(37)에 진입한다. 또한, 저압측 제1 시일 공간(26)으로부터 저압측 제2 시일 부재(24)를 넘어 저압측 제2 시일 공간(27)에 누출된 대상 유체는 저압측 제2 연통로(29)를 통해 제2 확산 공간(38)에 진입한다. 그리고, 대상 유체는 제1 확산 공간(37) 및 제2 확산 공간(38) 각각에서 확산되어 압력이 저하되어, 케이싱(11)의 외부로 방출된다. 제1 확산 공간(37) 및 제2 확산 공간(38)을 형성함으로써, 대상 유체가 흐르는 방향과 직교하는 방향의 면적이 작은 저압측 제1 연통로(28) 및 저압측 제2 연통로(29)를 짧게 할 수 있어 유동 저항을 저감시킬 수 있으므로, 스크류 로터(13)와 스크류 로터(13)의 로터축(14)을 지지하는 베어링(21) 사이의 거리를 작게 유지하면서, 베어링실(15)의 저압측 제1 시일 부재(23)와 저압측 제2 시일 부재(24) 사이의 저압측 제1 시일 공간(26) 및 저압측 제2 시일 부재(24)와 저압측 제3 시일 부재(25) 사이의 저압측 제2 시일 공간(27)의 압력을 효율적으로 저감시킬 수 있다. 이와 같이 하여, 저압측 제1 시일 공간(26) 내의 압력을 저압측 제2 시일 부재(24)의 내용 압력 이하로 되도록 유지할 수 있는 동시에, 저압측 제2 시일 공간(27) 내의 압력을 저압측 제3 시일 부재(25)의 내용 압력 이하로 되도록 유지할 수 있다. 또한, 장치(10) 외부의 배관[제1 확산 공간(37), 제2 확산 공간(38)보다 하류로의 배관]을 간소화할 수 있으므로, 조립의 작업성의 향상 및 장치(10)를 포함하는 설비 전체의 소형화를 실현할 수 있다.

도 3은 제3 실시 형태에 있어서의 스크류 압축기(10)를 도시한다. 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태와 동일 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.

케이싱(11)의 내부에 제1 확산 공간(37)은 형성되어 있지 않다. 고압측 제1 연통로(35)는 고압측 제1 시일 공간(33)과 케이싱(11)의 외벽(39) 사이를 관통하고 있다. 케이싱(11)의 외벽(39)에는 외측 구멍(40)이 형성된 제1 확산 공간 형성 부재(41)가 설치되어 있다. 제1 확산 공간 형성 부재(41)와 케이싱(11)의 외벽(39) 사이, 즉 케이싱(11)의 외주 부분에는 폐색된 제1 확산 공간(37)이 형성되어 있다. 제1 확산 공간(37)은 고압측 제1 연통로(35)와 연속하고 있다. 또한, 제1 확산 공간(37)은 저압측 제1 연통로(28)와 연속하고 있다. 한편, 제1 확산 공간(37)과 외부(대기)는 제1 확산 공간 형성 부재(41)의 외측 구멍(40)에 의해 연통하고 있다. 고압측 제1 시일 공간(33) 내의 압력이 고압측 제2 시일 부재(31)의 내용 압력 이하, 또한 저압측 제2 시일 부재(24)의 내용 압력 이하로 되도록 고압측 제1 연통로(35)로부터 진입하는 대상 유체를 충분히 큰 단면적을 갖는 외측 구멍(40)에 의해 충분히 낮은 압력(대략 대기압)으로 유지된 제1 확산 공간(37)으로 확산한다. 저압측 제1 시일 공간(26)을 저압측 제1 연통로(28)에 의해 제1 확산 공간(37)과 연통시켜도 저압측 제2 시일 부재(24)의 내용 압력 이하로 제1 확산 공간(37)의 압력은 이루어져 있으므로, 문제는 발생하지 않는다.

고압측 제1 연통로(35)와 연속하는 제1 확산 공간(37)을 케이싱(11)의 외측에 형성함으로써, 대상 유체의 방열량을 저감시킬 수 있다. 또한, 그 방열량의 저감의 효과는, 특히 대상 유체가 증기일 때에 크다. 또한, 케이싱(11)의 내부에 확산 공간을 형성할 필요가 없으므로, 케이싱(11)의 가공을 용이하게 할 수 있다.

케이싱(11)의 내부에 제2 확산 공간(38)은 형성되어 있지 않다. 고압측 제2 연통로(36)는 고압측 제2 시일 공간(34)과 케이싱(11)의 외벽(39) 사이를 관통하고 있다. 케이싱(11)의 외벽(39)에는 외측 구멍(43)이 형성된 제2 확산 공간 형성 부재(42)가 설치되어 있다. 제2 확산 공간 형성 부재(42)와 케이싱(11)의 외벽(39) 사이, 즉 케이싱(11)의 외주 부분에는 폐색된 제2 확산 공간(38)이 형성되어 있다. 제2 확산 공간(38)은 고압측 제2 연통로(36)와 연속하고 있다. 또한, 제2 확산 공간(38)은 저압측 제2 연통로(29)와 연속하고 있다. 한편, 제2 확산 공간(38)과 외부(대기)는 제2 확산 공간 형성 부재(42)의 외측 구멍(43)에 의해 연통하고 있다. 고압측 제2 시일 공간(34) 내의 압력이 고압측 제3 시일 부재(32)의 내용 압력 이하, 또한 저압측 제3 시일 부재(25)의 내용 압력 이하로 되도록 고압측 제2 연통로(36)로부터 진입하는 대상 유체를 충분히 큰 단면적을 갖는 외측 구멍(43)에 의해 충분히 낮은 압력(대략 대기압)으로 유지된 제2 확산 공간(38)으로 확산한다. 저압측 제2 시일 공간(27)을 저압측 제2 연통로(29)에 의해 제2 확산 공간(38)과 연통시켜도 저압측 제3 시일 부재(25)의 내용 압력 이하로 제2 확산 공간(38)의 압력은 이루어져 있으므로, 문제는 발생하지 않는다.

고압측 제2 연통로(36)와 연속하는 제2 확산 공간(38)을 케이싱(11)의 외측에 형성함으로써, 대상 유체의 방열량을 저감시킬 수 있다. 또한, 그 방열량의 저감의 효과는, 특히 대상 유체가 증기일 때에 크다. 또한, 케이싱(11)의 내부에 확산 공간을 형성할 필요가 없으므로, 케이싱(11)의 가공을 용이하게 할 수 있다.

로터실(12)로부터 저압측 제1 시일 부재(23)를 넘어 저압측 제1 시일 공간(26)에 누출된 대상 유체는 저압측 제1 연통로(28)를 통해 제1 확산 공간(37)에 진입한다. 또한, 저압측 제1 시일 공간(26)으로부터 저압측 제2 시일 부재(24)를 넘어 저압측 제2 시일 공간(27)에 누출된 대상 유체는 저압측 제2 연통로(29)를 통해 제2 확산 공간(38)에 진입한다. 그리고, 대상 유체는 제1 확산 공간(37) 및 제2 확산 공간(38) 각각에서 확산되어 압력이 저하되어, 케이싱(11)의 외부로 방출된다. 이와 같이 하여, 저압측 제1 시일 공간(26) 내의 압력을 저압측 제2 시일 부재(24)의 내용 압력 이하로 되도록 유지할 수 있는 동시에, 저압측 제2 시일 공간(27) 내의 압력을 저압측 제3 시일 부재(25)의 내용 압력 이하로 되도록 유지할 수 있다. 또한, 장치(10) 외부의 배관[제1 확산 공간(37), 제2 확산 공간(38)보다 하류로의 배관]을 간소화할 수 있으므로, 조립의 작업성의 향상 및 장치(10)를 포함하는 설비 전체의 소형화를 실현할 수 있다.

도 4의 선행 기술에 있어서는, 도시는 되어 있지 않지만, 제1 연통 구멍(112) 및 제2 연통 구멍(113)을 통과한 유체가 대기에 방출될 때까지, 제1 연통 구멍(112) 및 제2 연통 구멍(113)과 동일한 정도의 유로 단면적의 유로가 또한 계속되어 있다. 즉, 제1 시일 공간(110), 제2 시일 공간(111)과 기기 외부 사이의 유로는 모두 제1 연통 구멍(112) 및 제2 연통 구멍(113)과 동일한 정도의 유로 단면적으로 되어 있고, 본 발명의 확산 구간과 같은 큰 공간은 제1 시일 공간(110), 제2 시일 공간(111)과 기기 외부 사이에는 존재하지 않는다. 이에 대해 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서는, 외측 구멍(40, 43)과 기기 외부 사이에 각 연통로와 동일한 정도의 유로 단면적의 유로가 존재하고 있었다고 해도, 각 시일 공간과 기기 외부 사이에 확산 공간이 존재하므로, 각 시일 공간의 압력을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

본 발명은 실시 형태의 것으로 한정되지 않고, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 저압측 제1 연통로(28), 저압측 제2 연통로(29), 제1 확산 공간(37) 및 제2 확산 공간(38) 각각은 대기와 연통하는 대신에, 대기압 이하의 저압 공간과 연통하고 있어도 좋다. 또한, 제1 확산 공간 형성 부재(41)와 제2 확산 공간 형성 부재(42)는 일체화되어 있어도 좋다. 제1 확산 공간(37)은 고압측과 저압측의 연통뿐만 아니라, 수형 로터측과 암형 로터측의 연통을 시켜도 좋다. 또한, 수형 로터의 고압측, 저압측과 암형 로터의 고압측, 저압측 전부를 연통시켜도 좋다. 또한, 제2 확산 공간(38)도 제1 확산 공간(37)과 동일한 연통을 시켜도 좋다.

또한, 본 발명은 스크류 익스팬더에 대해서도 적용할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, 로터에, 로터실에 수용되어 암수 맞물리는 한 쌍의 스크류 로터를 예로 들었지만, 본 발명의 로터는 그것으로 한정되지 않는다. 본 발명의 로터는 그 회전의 동작에 의해 대상 유체를 압축 또는 팽창하는 것이면 좋다. 즉, 소위 싱글 스크류 압축기 등에 있어서의 단독 스크류형의 회전체나, 스크롤 압축기 등에 있어서의 스크롤형의 회전체 등이라도 좋다.

Claims

대상 유체를 압축, 또는 팽창하는 로터를 수용하는 로터실과, 상기 로터의 로터축을 삽입 관통하는 베어링실을 상기 로터실의 고압측 및 저압측의 각각에 갖는 케이싱과,
상기 고압측 및 저압측의 베어링실에 각각 설치되어, 상기 로터의 로터축을 회전 가능하게 지지하는 베어링을 구비하는 유체 기계이며,
상기 고압측의 베어링실 내에 상기 베어링보다 상기 로터실측에 위치하도록 설치되어, 상기 로터축과 상기 케이싱 사이를 밀봉하는 고압측 제1 시일 부재와,
상기 고압측의 베어링실 내에 상기 고압측 제1 시일 부재와 상기 베어링 사이에 위치하도록 설치되어, 상기 로터축과 상기 케이싱 사이를 밀봉하는 고압측 제2 시일 부재와,
상기 고압측의 베어링실 내의 상기 고압측 제1 시일 부재와 상기 고압측 제2 시일 부재 사이에 형성된 고압측 제1 시일 공간과,
상기 케이싱에 상기 고압측 제1 시일 공간과 연속하도록 설치된 고압측 제1 연통로와,
상기 케이싱에, 상기 로터실로부터 이격된 위치에, 한쪽이 상기 고압측 제1 연통로와 연속하고 다른 쪽이 상기 케이싱의 외부와 연통하도록 형성되어, 상기 고압측 제1 시일 공간 내의 압력이 상기 고압측 제2 시일 부재의 내용 압력 이하로 되도록, 상기 고압측 제1 연통로로부터 진입하는 대상 유체를 확산하는 제1 확산 공간을 구비하는 것을 특징으로 하는, 유체 기계.
제1항에 있어서, 상기 고압측의 베어링실 내에 상기 고압측 제2 시일 부재와 상기 베어링 사이에 위치하도록 설치되어, 상기 로터축과 상기 케이싱 사이를 밀봉하는 고압측 제3 시일 부재와,
상기 고압측의 베어링실 내의 상기 고압측 제2 시일 부재와 상기 고압측 제3 시일 부재 사이에 형성된 고압측 제2 시일 공간과,
상기 케이싱에 상기 고압측 제2 시일 공간과 연속하도록 설치된 고압측 제2 연통로와,
상기 케이싱에, 상기 로터실로부터 이격된 위치에, 한쪽이 상기 고압측 제2 연통로와 연속하고 다른 쪽이 상기 케이싱의 외부와 연통하도록 형성되어, 상기 고압측 제2 시일 공간 내의 압력이 상기 고압측 제3 시일 부재의 내용 압력 이하로 되도록, 상기 고압측 제2 연통로로부터 진입하는 대상 유체를 확산하는 제2 확산 공간을 더 구비하는, 유체 기계.
제2항에 있어서, 상기 저압측의 베어링실 내에 상기 베어링보다 상기 로터실측에 위치하도록 설치되어, 상기 로터축과 상기 케이싱 사이를 밀봉하는 저압측 제1 시일 부재와,
상기 저압측의 베어링실 내에 상기 저압측 제1 시일 부재와 상기 베어링 사이에 위치하도록 설치되어, 상기 로터축과 상기 케이싱 사이를 밀봉하는 저압측 제2 시일 부재와,
상기 저압측의 베어링실 내에 상기 저압측 제2 시일 부재와 상기 베어링 사이에 위치하도록 설치되어, 상기 로터축과 상기 케이싱 사이를 밀봉하는 저압측 제3 시일 부재와,
상기 저압측의 베어링실 내의 상기 저압측 제1 시일 부재와 상기 저압측 제2 시일 부재 사이에 형성된 저압측 제1 시일 공간과,
상기 저압측의 베어링실 내의 상기 저압측 제2 시일 부재와 상기 저압측 제3 시일 부재 사이에 형성된 저압측 제2 시일 공간과,
상기 케이싱에 설치되어, 상기 저압측 제1 시일 공간과 상기 제1 확산 공간을 연통하는 저압측 제1 연통로와,
상기 케이싱에 설치되어, 상기 저압측 제2 시일 공간과 상기 제2 확산 공간을 연통하는 저압측 제2 연통로를 더 구비하는, 유체 기계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 확산 공간을 상기 케이싱의 내부에 형성하고 있는, 유체 기계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 확산 공간을 상기 케이싱의 외주 부분에 형성하고 있는, 유체 기계.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 확산 공간을 상기 케이싱의 내부에 형성하고 있는, 유체 기계.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 확산 공간을 상기 케이싱의 외주 부분에 형성하고 있는, 유체 기계.