WO2016157450A1

WO2016157450A1 - ガス圧縮機

Info

Publication number: WO2016157450A1
Application number: PCT/JP2015/060245
Authority: WO
Inventors: 笠原　雅之; 大嗣堀内; 智夫鈴木
Original assignee: 株式会社日立産機システム
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-10-06
Also published as: JP6377839B2; JPWO2016157450A1

Abstract

ガス圧縮機は、互いに噛み合う一対のスクリューロータ（１，２）と、スクリューロータを収納して複数の圧縮室（８）を形成するケーシング（３）とを備える。雄ロータ１の歯部（７Ａ）は、吸入側に開口（１２Ａ）が形成され吐出側に端面（１３Ａ）が形成されて、吸入側の開口から挿入された固定軸（１４Ａ）に設けられた複数の軸受（１５Ａ）で回転可能に支持される。同様に、雌ロータ（２）の歯部（７Ｂ）は、吸入側に開口（１２Ｂ）が形成され吐出側に端面（１３Ｂ）が形成されて、吸入側の開口から挿入された固定軸（１４Ｂ）に設けられた複数の軸受（１５Ｂ）で回転可能に支持される。駆動側ロータである雌ロータ（２）は、歯部（７Ｂ）の吸入側にアダプタ（１７Ｂ）を介して設けられた従動ギヤ２１を有し、モータの回転軸（１９）に設けられた駆動ギヤ（２０）と従動ギヤ（２１）が噛み合わされる。

Description

ガス圧縮機

　本発明は、ガス圧縮機に関する。

　例えば特許文献１の図１２等で示されるように、ガス圧縮機の一つであるオイルフリー式の（詳細には、圧縮室内を無給油状態で運転する）スクリュー圧縮機は、互いに噛み合う雌雄一対のスクリューロータと、一対のスクリューロータを収納してそれらの歯溝に複数の圧縮室を形成するケーシングとを備えている。雄ロータは、歯部と、歯部に対して吸入側（軸方向一方側）及び吐出側（軸方向他方側）にそれぞれ設けられた軸部とを有し、それら軸部が軸受で回転可能に支持されている。同様に、雌ロータは、歯部と、歯部に対して吸入側及び吐出側にそれぞれ設けられた軸部とを有し、それら軸部が軸受で回転可能に支持されている。各軸部の周囲に生じる隙間には、圧縮室からのガス漏洩を低減するためのエアシールや、軸受から圧縮室への油侵入を防止するためのオイルシールが設けられている。

特許第３４３４５２号公報

　上述したエアシールを設けることにより、圧縮室からのガス漏洩を低減することが可能であるものの、それには限界がある。本発明は、吐出側の圧縮室からのガス漏洩を抑えて、性能の向上を図ることを課題の一つとするものである。

　上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。本発明は、上記課題を解決するための手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、互いに噛み合う一対のスクリューロータと、前記一対のスクリューロータを収納して複数の圧縮室を形成するケーシングとを備えたガス圧縮機において、前記一対のスクリューロータの夫々は、中空構造の歯部を有し、前記歯部は、軸方向一方側である吸入側に開口が形成され軸方向他方側である吐出側に端面が形成されて、前記吸入側の開口から前記歯部の内部に挿入された固定軸に設けられた複数の軸受で回転可能に支持されており、前記一対のスクリューロータのうちの一方である駆動側ロータは、前記歯部の吸入側にアダプタを介して設けられた従動ギヤを有し、モータの回転軸に設けられた駆動ギヤと前記従動ギヤが噛み合わされる。

　本発明によれば、スクリューロータの吐出側の軸部を無くすことにより、その軸部の周囲に生じる隙間そのものを無くすことができ、吐出側の圧縮室からのガス漏洩を抑えることができる。したがって、性能の向上を図ることができる。

　なお、上記以外の課題、構成、及び効果は、以下の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態におけるガス圧縮機の構造を表す外観図である。本発明の第１の実施形態におけるガス圧縮機の構造を表す水平断面図である。本発明の第２の実施形態におけるガス圧縮機の構造を表す水平断面図である。本発明の第３の実施形態におけるガス圧縮機の構造を表す水平断面図である。本発明の第３の実施形態におけるメインケーシングの下側半分の構造を表す立体図である。本発明の第１の変形例におけるメインケーシングの下側半分の構造を表す立体図である。本発明の第２の変形例におけるガス圧縮機の構造を表す水平断面図である。

　本発明の第１の実施形態を、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態におけるガス圧縮機の構造を表す外観図であり、図２は、水平断面図である。

　本実施形態のガス圧縮機は、オイルフリー式のスクリュー圧縮機である。このガス圧縮機は、互いに噛み合う雌雄一対のスクリューロータ１，２と、スクリューロータ１，２を収納するケーシング３とを備えている。ケーシング３は、メインケーシング４、吸入側カバー５、及び吸入側ケーシング６で構成されている。

　メインケーシング４は、雄ロータ１の歯部７Ａ及び雌ロータ２の歯部７Ｂを収納してそれらの歯溝に複数の圧縮室８を形成する収納室（詳細には、一部が重複するものの２つの円筒状のボア）９と、ロータ軸方向の一方側（図１及び図２中左側）に形成された吸入流路１０と、ロータ軸方向の他方側（図１及び図２中右側）に形成された吐出流路１１（図１及び図２では示さないものの、後述の図５参照）とを有している。

　吸入流路１０の圧縮室側開口である吸入ポートは、圧縮室８に対してロータ径方向のみに形成され、吸入流路１０の入口側開口である入口ポートは、メインケーシング４の上面に形成されている。吸入流路１０は、ロータ径方向（図１中上下方向）に延在するように形成されている。吐出流路１１の圧縮室側開口である吐出ポートは、圧縮室８に対してロータ径方向及びロータ軸方向に形成され、吐出流路１１の出口側開口である出口ポートは、メインケーシング４の下面に形成されている。吐出流路１１は、ロータ径方向（図１中上下方向）に延在するように形成されている。

　雄ロータ１の歯部７Ａは、中空構造であって、軸方向一方側である吸入側に開口１２Ａが形成され、軸方向他方側である吐出側に端面１３Ａが形成されている。吸入側カバー５及び吸入側ケーシング６には固定軸１４Ａが固定され、この固定軸１４Ａが雄ロータ１の歯部７Ａの吸入側開口１２Ａから歯部７Ａの内部に挿入されている。雄ロータ１の歯部７Ａは、固定軸１４Ａに設けられた複数の軸受１５Ａで回転可能に支持されている。詳細には、各軸受１５Ａの内輪が固定軸１４Ａに結合されて静止し、各軸受１５Ａの外輪が歯部７Ａに結合されて回転可能としている。また、複数の軸受１５Ａの間には円筒状のスペーサ１６Ａが設けられ、軸受１５Ａと後述するアダプタ１７Ａの間には円環状の板バネ１８Ａが設けられている。

　同様に、雌ロータ２の歯部７Ｂは、中空構造であって、吸入側に開口１２Ｂが形成され、吐出側に端面１３Ｂが形成されている。吸入側カバー５及び吸入側ケーシング６には固定軸１４Ｂが固定され、この固定軸１４Ｂが雌ロータ２の歯部７Ｂの吸入側開口１２Ｂから歯部７Ｂの内部に挿入されている。雄ロータ２の歯部７Ｂは、固定軸１４Ｂに設けられた複数の軸受１５Ｂで回転可能に支持されている。詳細には、各軸受１５Ｂの内輪が固定軸１４Ｂに結合されて静止し、各軸受１５Ｂの外輪が歯部７Ｂに結合されて回転可能としている。また、複数の軸受１５Ｂの間には円筒状のスペーサ１６Ｂが設けられ、軸受１５Ｂと後述するアダプタ１７Ｂの間には円環状の板バネ１８Ｂが設けられている。

　モータの回転軸１９には駆動ギヤ２０が設けられている。駆動側ロータである雌ロータ２の歯部７Ｂの吸入側には略円筒状のアダプタ１７Ｂが接続され、このアダプタ１７Ｂに従動ギヤ２１及びタイミングギヤ２２Ｂが設けられている。従動側ロータである雄ロータ１の歯部７Ａの吸入側には略円筒状のアダプタ１７Ａが接続され、このアダプタ１７Ａにタイミングギヤ２２Ａが設けられている。そして、駆動ギヤ２０と従動ギヤ２１の噛み合いにより、モータの回転軸１９の回転力が雌ロータ２に伝達される。また、タイミングギヤ２２Ａ，２２Ｂの噛み合いにより、雌ロータ２の回転力が雄ロータ１に伝達される。その結果、雄ロータ１と雌ロータ２が非接触で回転するようになっている。なお、吸入側カバー５においてアダプタ１７Ａ，１７Ｂが貫通する部分には、シール２３Ａ，２３Ｂが設けられている。

　そして、雄ロータ１及び雌ロータ２の回転に伴い、圧縮室８が軸方向に移動する。このとき、圧縮室８は、軸方向一方側の吸入流路１０からガス（詳細には、例えば空気）を吸入し、ガスを圧縮し、軸方向他方側の吐出流路１１に圧縮ガスを吐出するようになっている。

　以上のように構成された本実施形態においては、スクリューロータ１，２の吐出側の軸部を無くすことにより、その軸部の周囲に生じる隙間そのものを無くすことができ、吐出側の圧縮室８からのガス漏洩を抑えることができる。したがって、性能の向上を図ることができる。

　また、スクリューロータ１，２の吐出側の軸部を無くすことにより、その軸部の周囲に設けるべき軸受やシールも無くなる。そのため、メインケーシング４の吐出側の構造を簡素化することができ、その設計自由度を高めることができる。また、シール等の部品の削減により、コストの低減を図ることができる。

　また、軸受１５Ａ，１５Ｂをロータの歯部７Ａ，７Ｂの内側に配置するので、ロータの軸部に配置する場合と比べ、スクリューロータ１，２の軸方向寸法を小さくすることができ、ひいては圧縮機の小型化を図ることができる。

　本発明の第２の実施形態を、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態におけるガス圧縮機の構造を表す水平断面図である。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

　本実施形態では、第１の実施形態と同様、従動側ロータである雄ロータ１の歯部７Ａは、中空構造であって、吸入側に開口１２Ａが形成され、吐出側に端面１３Ａが形成されている。吸入側カバー５及び吸入側ケーシング６には固定軸１４Ａが固定され、この固定軸１４Ａが雄ロータ１の歯部７Ａの吸入側開口１２Ａからその内部に挿入されている。雄ロータ１の歯部７Ａは、固定軸１４Ａに設けられた複数の軸受１５Ａで回転可能に支持されている。

　一方、駆動側ロータである雌ロータ２Ａは、歯部７Ｂと、歯部７Ｂに対して吸入側だけに設けられた軸部２４とを有している。雌ロータ２Ａの軸部２４は、モータの回転軸１９と一体成形されるか若しくは同軸で連結されるとともに、軸受１５Ｃで回転可能に支持されている。なお、図示しないものの、モータの回転軸１９の反負荷側（図２中左側）の端部は、軸受で回転可能に支持されている。軸部２４にはタイミングギヤ２２Ｂが設けられている。吸入側カバー５において軸部２４が貫通する部分には、シール２３Ｃが設けられている。

　このように構成された本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、吐出側の圧縮室８からのガス漏洩を抑えて性能の向上を図る等の効果を得ることができる。

　本発明の第３の実施形態を、図４及び図５を用いて説明する。図４は、本実施形態におけるガス圧縮機の構造を表す水平断面図である。図５は、本実施形態におけるメインケーシング４の下側半分の構造を表す立体図である。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

　一般的に、ガス圧縮機では、ガスの圧縮過程で熱が発生する。そのため、吸入側の部分より吐出側の部分のほうが高温になりやすく、熱膨張が生じやすい。そして、ロータ同士あるいはロータとケーシングが干渉しないようにそれらの間の隙間（クリアランス）を確保する必要があるものの、一般的に、吸入側の隙間より、吐出側の隙間のほうが大きくなる傾向にある。そして、吐出側の隙間を介して圧縮室からのガス漏洩が生じる。

　本実施形態では、例えば第１の実施形態におけるスクリューロータ１，２の構造を採用することにより、メインケーシング４の吐出側構造の設計自由度を高めることができる。それ故、メインケーシング４において、雄ロータ１の歯部７Ａ及び雌ロータ２の歯部７Ｂの外周側の部分だけでなく、雄ロータ１の歯部７Ａの吐出側端面１３Ａ及び雌ロータ２の歯部７Ｂの吐出側端面１３Ｂが対向する部分にも、冷却ジャケット２５を形成している。

　そして、上述した冷却ジャケット２５に冷却液を流通させることにより、特に、吐出側の部分を効率よく冷却することがき、吐出側の隙間を小さくすることができる。したがって、吐出側の圧縮室８からのガス漏洩を抑えて、性能の向上を図ることができる。

　なお、第３の実施形態においては、雄ロータ１の歯部７Ａの吐出側端面１３Ａ及び雌ロータ２の歯部７Ｂの吐出側端面１３Ｂが対向する部分だけでなく、雄ロータ１の歯部７Ａ及び雌ロータ２の歯部７Ｂの外周側の部分にも、冷却ジャケット２５を形成した場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、雄ロータ１の歯部７Ａの吐出側端面１３Ａ及び雌ロータ２の歯部７Ｂの吐出側端面１３Ｂが対向する部分だけに、冷却ジャケットを形成してもよい。

　また、第３の実施形態においては、第１の実施形態におけるスクリューロータ１，２の構造を採用した場合を例にとって説明したが、これに限られず、第２の実施形態におけるスクリューロータ１，２Ａの構造を採用してもよい。

　また、第１～第３の実施形態においては、吐出流路１１をロータ径方向に延在するように形成した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、上述したようにメインケーシング４の吐出側構造の設計自由度が高められていることから、例えば図６で示す第１の変形例のように、吐出流路１１Ａをロータ軸方向に延在するように形成してもよい。具体的には、吐出流路１１Ａの圧縮室側開口である吐出ポートを圧縮室８に対してロータ軸方向のみに形成し、吐出流路１１Ａの出口側開口である出口ポートをメインケーシングの側面に形成し、出口ポートを軸方向に投影した場合に収納室９と重なるようにしてもよい。これにより、圧縮ガスの流れ方向の変化を抑制して、吐出流路１１Ａの圧力損失を低減することができる。したがって、性能の向上を図ることができる。

　また、第１～第３の実施形態においては、ガス圧縮機がオイルフリー式であり、タイミングギヤ２２Ａ，２２Ｂによって雄ロータ１と雌ロータ２（又は２Ａ）を非接触で回転させる場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば図７で示す第２の変形例のように、ガス圧縮機が給油式又は給水式（詳細には、圧縮室８を給油状態又は給水状態で運転するもの）であり、タイミングギヤ２２Ａ，２２Ｂを設けず、雄ロータ１と雌ロータ２（又は２Ａ）を接触させて回転させてもよい。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

　また、第１～第３の実施形態及び変形例においては、雌ロータ２が駆動側ロータ、雄ロータ１が従動側ロータとなる構成を例にとって説明したが、これに限られず、雄ロータ１が駆動側ロータ、雌ロータ２が従動側ロータとなる構成でもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

　１…雄ロータ、２，２Ａ…雌ロータ、３…ケーシング、７Ａ，７Ｂ…歯部、８…圧縮室、１１…吐出流路、１２Ａ，１２Ｂ…吸入側の開口、１３Ａ，１３Ｂ…吐出側の端面、１４Ａ，１４Ｂ…固定軸、１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ…軸受、１７Ａ，１７Ｂ…アダプタ、１９…モータの回転軸、２０…駆動ギヤ、２１…従動ギヤ、２２Ａ，２２Ｂ…タイミングギヤ、２４…軸部、２５…冷却ジャケット

Claims

　互いに噛み合う一対のスクリューロータと、前記一対のスクリューロータを収納して複数の圧縮室を形成するケーシングとを備えたガス圧縮機において、
　前記一対のスクリューロータの夫々は、中空構造の歯部を有し、
　前記歯部は、軸方向一方側である吸入側に開口が形成され軸方向他方側である吐出側に端面が形成されて、前記吸入側の開口から前記歯部の内部に挿入された固定軸に設けられた複数の軸受で回転可能に支持されており、
　前記一対のスクリューロータのうちの一方である駆動側ロータは、前記歯部の吸入側にアダプタを介して設けられた従動ギヤを有し、モータの回転軸に設けられた駆動ギヤと前記従動ギヤが噛み合わされたことを特徴とするガス圧縮機。
　請求項１に記載のガス圧縮機において、
　前記駆動側ロータは、前記歯部の吸入側に前記アダプタを介して設けられた一方のタイミングギヤを有し、
　前記一対のスクリューロータのうちの他方である従動側ロータは、前記歯部の吸入側にアダプタを介して設けられた他方のタイミングギヤを有し、前記一方のタイミングギヤと前記他方のタイミングギヤが噛み合わされたことを特徴とするガス圧縮機。
　互いに噛み合う一対のスクリューロータと、前記一対のスクリューロータを収納して複数の圧縮室を形成するケーシングとを備えたガス圧縮機において、
　前記一対のスクリューロータのうちの一方である駆動側ロータは、歯部と、前記歯部に対して軸方向一方側である吸入側だけに設けられた軸部とを有し、
　前記駆動側ロータの軸部は、モータの回転軸と一体成形されるか若しくは同軸で連結されるとともに、軸受で回転可能に支持されており、
　前記一対のスクリューロータのうちの他方である従動側ロータは、中空構造の歯部を有し、
　前記従動側ロータの歯部は、軸方向一方側である吸入側に開口が形成され軸方向他方側である吐出側に端面が形成されて、前記吸入側の開口から前記歯部の内部に挿入された固定軸に設けられた複数の軸受で回転可能に支持されたことを特徴とするガス圧縮機。
　請求項３に記載のガス圧縮機において、
　前記駆動側ロータは、前記軸部に設けられた一方のタイミングギヤを有し、
　前記従動側ロータは、前記歯部の吸入側にアダプタを介して設けられた他方のタイミングギヤを有し、前記一方のタイミングギヤと前記他方のタイミングギヤが噛み合わされたことを特徴とするガス圧縮機。
　請求項１に記載のガス圧縮機において、
　前記ケーシングは、前記歯部の吐出側の端面が対向する部分に少なくとも形成された冷却ジャケットを有することを特徴とするガス圧縮機。
　請求項１に記載のガス圧縮機において、
　前記ケーシングは、前記圧縮室から圧縮ガスを吐出するための吐出流路を有し、
　前記吐出流路は、軸方向に延在するように形成されたことを特徴とするガス圧縮機。