WO2018061169A1

WO2018061169A1 - スクリュー圧縮機

Info

Publication number: WO2018061169A1
Application number: PCT/JP2016/078986
Authority: WO
Inventors: 西村　仁; 原島　寿和; 康輔貞方
Original assignee: 株式会社日立産機システム
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-04-05
Also published as: JPWO2018061169A1; JP6829725B2

Abstract

本発明は、スクリューロータ１３Ａ，１３Ｂを有する圧縮機本体１０と、前記スクリューロータを駆動するモータ２０と、前記圧縮機本体から吐出された圧縮ガスに含まれる油を遠心分離するための環状の旋回流路４３ａ，４３ｂを有する油分離器３０とを備えた給液式スクリュー圧縮機１００において、前記圧縮機本体は、前記スクリューロータの中心軸が鉛直方向になるように前記油分離器の上方に配置され、前記モータは、前記圧縮機本体の上方に配置され、前記スクリューロータの吐出し側軸受１６Ａ，１６Ｂは、前記旋回流路の内周側に配置されたことを特徴とする。これにより、給油式スクリュー圧縮機１００の設置スペースを縮小できると共に、給油式スクリュー圧縮機１００の高さ方向へも配慮した小型化の構成を実現できる。

Description

スクリュー圧縮機

　本発明は、圧縮機本体で発生した圧縮熱を冷却等する際に、液体を圧縮室内に供給するスクリュー圧縮機に関する。

　近年、工場では、用途に応じた圧縮機を生産ライン近傍の各所に配置する分散配置が進められている。このような分散配置では、個々の圧縮機の設置スペースが限られているため、圧縮機の省スペース化が求められている。

　圧縮機の設置スペースを縮小できる技術として、例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１の図１に記載の油冷式スクリュー圧縮機は、油分離容器５の上方に圧縮機本体１及び電動機（モータ）１１を配置することにより、床スペース（設置スペース）の縮小化を図っている。また、特許文献１は、上記要素を一体的に構成することで小スペース等に資する構成と言える。

特開２００７－９２７０２号公報

　ここで、小スペース化等を更に深化させる場合、圧縮機本体、電動機及び油分離容器等の構成を、幅方向のみならず高さ方向にも小型化を図ることが、圧縮機自体の小型化や設置スペース等により貢献すると言える。

　設置スペースを縮小できると共に、高さ寸法への小型化にも配慮しえる技術が望まれる。

　上記課題を達成するために、請求の範囲に記載の発明を適用する。すなわち、スクリューロータを有する圧縮機本体と、前記スクリューロータを駆動するモータと、前記圧縮機本体から吐出された圧縮ガスに含まれる液体を遠心分離するための環状の旋回流路を有する気液分離器とを備えた給液式スクリュー圧縮機において、前記圧縮機本体は、前記スクリューロータの中心軸が鉛直方向となるように前記気液分離器の上方に配置され、前記モータは、前記圧縮機本体の上方に配置され、前記スクリューロータの吐出し側軸受は、前記旋回流路の内周側に配置されたものとする。

　本発明の一側面によれば、圧縮機本体を駆動するモータを圧縮機本体の上方に配置することにより給液式スクリュー圧縮機の設置スペースを縮小できると共に、旋回流路の内周側にスクリューロータの吐出し側軸受を配置することにより給液式スクリュー圧縮機の高さ方向の小型化にも配慮した構成を実現することができる。

　なお、本発明の他の課題及び効果は、以下の記載から更に明らかになる。

本発明の第１の実施例に係る給油式スクリュー圧縮機を側面から見た縦断面図である。本発明の第１の実施例に係る給油式スクリュー圧縮機を正面（図１中のＤ方向）から見た縦断面図である。本発明の第１の実施例に係る給油式スクリュー圧縮機の圧縮機本体と油分離器との連結部分の構造を鉛直上方から示す図（図１中のＡ－Ａ断面図）である。本発明の第１の実施例に係る給油式スクリュー圧縮機の圧縮機本体と油分離器との連結部分の構造を鉛直上方から示す図（図１中のＢ－Ｂ断面図）である。本発明の第１の実施例に係る給油式スクリュー圧縮機の圧縮機本体と油分離器との連結部分の構造を鉛直下方から示す図（図１中のＣ－Ｃ断面図）である。本発明の第２の実施例に係る給油式スクリュー圧縮機の圧縮機本体と油分離器との連結部分の構造を鉛直上方から示す図（図１中のＢ－Ｂ断面図）である。

　以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。なお、各図中、同一又は相当する部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

　図１は、本発明の第１の実施例に係る給液式スクリュー圧縮機としての給油式スクリュー圧縮機を側面から見た縦断面図であり、図２は、同じく正面（図１中のＤ方向）から見た縦断面図である。給油式スクリュー圧縮機は、圧縮空気の冷却、スクリューロータの潤滑及びスクリューロータ同士並びに圧縮作動室の隙間をシール等するために、圧縮作動室に液体として油を供給するものである。なお、本発明は油に変えて水等を供給する場合にも適用できるものである。

　給油式スクリュー圧縮機１００は、後述するスクリューロータ１３Ａ，１３Ｂを有する圧縮機本体１０と、スクリューロータ１３Ａ，１３Ｂを駆動するモータ２０と、圧縮機本体１０から吐出された圧縮空気から油を一次分離する気液分離器としての油分離器３０とを備えている。モータ２０は、後述するシャフト２２及びモータロータ２３の中心軸が鉛直方向となるように圧縮機本体１０の上方に配置され、油分離器３０は圧縮機本体１０の下方に配置されている。

　圧縮機本体１０は、外郭を構成する圧縮機本体ケーシング１１ａと、圧縮機本体ケーシング１１ａの内側に形成された雄ロータ収納室１２Ａ及び雌ロータ収納室１２Ｂにそれぞれ互いに噛み合うように配置された雄ロータ１３Ａ及び雌ロータ１３Ｂと、圧縮機本体ケーシング１１ａの吸込み側にフランジ等を介して気密に連結された吸込み側ケーシング１１ｂとを備えている。圧縮機本体ケーシング１１ａは、後述する油分離器３０の外筒ケーシング３１と一体に形成されており、一体型ケーシング４０を構成している。

　スクリューロータ１３Ａ，１３Ｂの吸込み側端部は、吸込み側ケーシング１１ｂに設けられた吸込み側軸受１５Ａ，１５Ｂによってそれぞれ回転可能に支持されている。吸込み側軸受１５Ａ，１５Ｂの吸込み側は、軸受押さえ１４Ａ，１４Ｂによってそれぞれ支持されている。雄ロータ１３Ａ及び雌ロータ１３Ｂの吐出し側端部は、圧縮機本体ケーシング１１ａの吐出し側に設けられた吐出し側軸受１６Ａ，１６Ｂによってそれぞれ回転可能に支持されている。

　図２に示すように、圧縮機本体１０の吸込み側には、圧縮機本体ケーシング１１ａと吸込み側ケーシング１１ｂとによって、ロータ収納室１２Ａ，１２Ｂの吸込み側に連通する吸込み室４１が形成されている。吸込み室４１には、図示しない吸込み連通路を介して圧縮用空気が導かれる。図１に示すように、圧縮機本体ケーシング１１ａの吐出し側には、ロータ収納室１２Ａ，１２Ｂの吐出し側に連通する吐出しポート１９が形成されている。

　雄ロータ１３Ａは、モータ２０によって回転駆動され、雌ロータ１３Ｂと噛み合って回転する。吸込み室４１に導かれた圧縮用空気は、互いに噛み合って回転する雄ロータ１３Ａと雌ロータ１３Ｂとによりロータ収納室１２Ａ，１２Ｂに吸い込まれる。ロータ収納室１２Ａ，１２Ｂに吸い込まれた空気は、雄ロータ１３Ａと雌ロータ１３Ｂとの噛み合いによって形成された圧縮作動室で圧縮される。この空気の圧縮過程において発生する圧縮熱を放散させるために、また、雄ロータ１３Ａ、雌ロータ１３Ｂ、及びロータ収納室１２Ａ，１２Ｂ内壁の相互間を潤滑するために、油（潤滑油）が吸込み側軸受け１５Ａ，１５Ｂ等に噴射される。圧縮作動室で圧縮された圧縮空気は、油（潤滑油）と共に吐出しポート１９から吐出し室４２へ吐出される。

　モータ２０は、例えば図２に示すように、外郭を構成するモータケーシング２１と、雄ロータ１３Ａの吸込み側に一体に連結されたシャフト２２と、シャフト２２に嵌合されたモータロータ２３と、モータケーシング２１に嵌合されたステータ２４とを備えている。なお、モータ２０の構造は、雄ロータ１３Ａまたは雌ロータ１３Ｂへ回転動力を伝達する構造であれば特に限定されない。

　モータケーシング２１の出力側は、圧縮機本体１０の吸込み側ケーシング１１ｂとフランジ等を介して気密に連結されており、モータケーシング２１の反出力側は、エンドブラケット２５とフランジ等を介して気密に連結されている。このように、吸込み側ケーシング１１ｂをモータケーシング２１の出力側に連結する構成としたことにより、モータ２０の出力側ブラケットが不要となり、また、圧縮機本体１０に支持された雄ロータ１３Ａの吸込み側端部にシャフト２２を一体に形成したことで、モータ２０内部の軸受が不要となるため、モータ２０の小型軽量化が可能となる。

　油分離器３０は、外郭を構成する外筒ケーシング３１と、外筒ケーシング３１内の上部に外筒ケーシング３１と同心円状に設けられた円筒形状のスカート３２と、この外筒ケーシング３１の下方にフランジ等を介して気密に連結されたオイルケーシング３８とを備えている。外筒ケーシング３１は、圧縮機本体ケーシング１１ａと一体に形成されており、一体型ケーシング４０を構成している。オイルケーシング３８は、圧縮空気から一次分離された潤滑油を溜める油溜り部３９を有する。

　吐出し室４２の構造を図３及び図４により説明する。図３は、圧縮機本体１０と油分離器３０との連結部分の構造を鉛直上方から示す図（図１中のＡ－Ａ断面図）であり、図４は、同じく圧縮機本体１０と油分離器３０との連結部分の構造を鉛直上方から示す図（図１中のＢ－Ｂ断面図）である。吐出し室４２は、鉛直方向においてスロープ壁３３と仕切り壁３４（図１に示す）とで区画され、水平方向においてロータ収納壁１２Ｃ，１２Ｄ（図３に示す）と軸受収納壁１７Ｃ，１７Ｄ（図４に示す）と吐出し室側壁４２ａ，４２ｂ（図４に示す）とで区画された空間である。

　圧縮空気中の油を一次分離するための構造を図１により説明する。吐出し室４２は、軸受収納室１７Ａ，１７Ｂの外周側（軸受収納室１７Ａ，１７Ｂと同程度の鉛直方向高さ）に設けられている。吐出し側軸受１６Ａ，１６Ｂの各中心軸を含む垂直平面に関して吐出し室４２と対称の位置には、油分離器３０の内部で気液分離された圧縮空気を油分離器３０の外部へ導くための出口流路４５ａが設けられている。油分離器３０の内部でかつ軸受収納室１７Ａ、吐出し室４２及び出口流路４５ａの外周側には、圧縮ガスに含まれる油を遠心分離するための環状の旋回流路４３ａ，４３ｂが設けられている。このように、出口流路４５ａは、吐出し側の軸受収納室１７Ａ，１７Ｂの外周側でかつ旋回流路４３ａ，４３ｂの内周側を鉛直下方から鉛直上方に向かって通過するように形成されている。

　図３及び図４に示すように、吐出しポート１９から吐出された圧縮空気は吐出し室４２に流入する。この吐出しポート１９から吐出し室４２に流入した圧縮空気（油分を含む）は、ロータ収納室１２Ａ，１２Ｂから吐出し室４２にかけて流路断面積と流れの方向が変化することにより、種々の方向の流速を有する乱れた流れとなり易いが、吐出し室側壁４２ａ，４２ｂにより流れの方向を変え、スロープ壁３３の上方でかつスロープ部外筒壁３１ａとスロープ部スカート壁３２ａとで挟まれた空間（旋回流路４３ａ）を通過することにより、円周方向を流れ方向とする旋回流に整流される。このように、円筒形状の旋回流路４３ａ，４３ｂ，４３ｃを吐出しポート１９を基点とする所定の円周方向区間（図４中の角度θで示す区間）に設けられたスロープ壁３３で鉛直方向上下に区画したことにより、スロープ壁３３上の吐出しポート１９からスロープ部外周壁先端３３ａまでの区間は、圧縮空気を旋回流に整流するための助走区間を構成している。なお、旋回流路４３ａ，４３ｂは、図３及び図４に示すように鉛直上方から見て反時計回り方向に形成されているが、時計回り方向に形成しても良い。

　上述した助走区間を通過した後の圧縮空気の流れについて図５により説明する。図５は、圧縮機本体１０と油分離器３０との連結部分の構造を鉛直下方から示す図（図１中のＣ－Ｃ断面図）である。スロープ壁３３等によって整流された圧縮空気の流れは、スロープ部外周壁先端３３ａを超えると、図５に示すように、スロープ壁３３の下方でかつスカート壁３２ｂと外筒ケーシング壁３１ｃとで挟まれた旋回流路４３ｃを旋回しながら下方に向かう。旋回流路４３ｃにおいて、油分を含む圧縮空気は、外筒ケーシング壁３１ｃの内周面とスカート壁３２ｂの外周面との空間を円周方向に流れることにより遠心力の作用を受ける。この遠心力の作用により、圧縮空気と油の比重差により油は外筒ケーシング壁３１ｃへ、圧縮空気はスカート壁３２ｂ側へ遠心分離される。この遠心分離された油は、図１に示すように外筒ケーシング３１の内周面を伝わって落下し、油溜り部３９に貯留される。油溜り部３９に貯留された油は、油分離器３０内の圧力と、圧縮機本体１０の圧縮作動室内の圧力との圧力差により、図示しない油戻し配管を介して、圧縮機本体１０の吸込み側に戻される。

　旋回流路４５ｃを通過した後の圧縮空気の流れについて図１により説明する。旋回流路４５ｃを通過して油が一次分離された圧縮空気は、スカート３２の下端に達すると、図中矢印で示すように流れの向きを変え、スカート３２の内部に流入する。スカート３２の内部に流入した圧縮空気は、スカート内流路４４、出口流路４５ａ，４５ｂを経由して本体吐出し口４６に達する。本体吐出し口４６から吐出された圧縮空気は、図示しない油分離フィルタに導かれ、二次分離される。

　本実施例に係る給油式スクリュー圧縮機１００によれば、油分離器３０の上方に圧縮機本体１０を配置し、圧縮機本体１０の上方にモータ２０を配置したことにより、設置スペースを縮小することができる。

　また、旋回流路４３ａ，４３ｂの内周側にスクリューロータ１３Ａ，１３Ｂの吐出し側の軸受収納室１７Ａ，１７Ｂを配置したことにより、給油式スクリュー圧縮機１００の高さ寸法が過度に大きくなることを防止することができる。

　また、旋回流路４３ａ，４３ｂの内周側でかつ吐出し側軸受１６Ａ，１６Ｂの各中心軸を含む垂直平面に関して吐出し室４２と対称の位置に出口流路４５ａを設けたことにより、圧縮機本体１０と油分離器３０とを外部突起構造を有しない円筒形状で構成することが可能となり、給油式スクリュー圧縮機１００の水平方向寸法が拡大することを防止できる。

　また、圧縮機本体ケーシング１１ａと外筒ケーシング３１とを一体化したことにより、部品点数が削減され、かつ圧縮機本体ケーシング１１ａと外筒ケーシング３１とを連結するためのフランジ等が不要となるため、給油式スクリュー圧縮機１００の組立性が向上すると共に、給油式スクリュー圧縮機１００の小型軽量化が可能となる。

　図６は、本発明の第２の実施例に係る給油式スクリュー圧縮機１００の圧縮機本体１０と油分離器３０との連結部分の構造を鉛直上方から示す図（図１中のＢ－Ｂ断面図）である。

　本実施例は、第１の実施例（図４に示す）と比較して、圧縮空気を旋回流に整流成するための助走区間である所定の円周方向区間（図６中の角度θで示す区間）を大きくしたものである。角度θを大きくすれば、整流作用が向上し、スロープ部外周壁先端３３ａを超えた後も乱れのない旋回流となり易く、油分離効率も良くなる傾向にある。ただし、角度θを過度に大きくすると、油分離器３０が大型化するため、角度θは９０度から２７０度の範囲で設計することが望ましい。

　本実施例によれば、第１の実施例と同様の効果が得られると共に、旋回流を整流するための助走区間であるスロープ壁３３の円周方向区間（図６中の角度θ）を大きくしたことにより、油分離器３０を大型化させることなく、油分離効率を向上させることができる。

　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、あるいは、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　１０…圧縮機本体，１１ａ…圧縮機本体ケーシング，１１ｂ…吸込み側ケーシング，１２Ａ…雄ロータ収納室，１２Ｂ…雌ロータ収納室，１２Ｃ…雄ロータ収納壁，１２Ｄ…雌ロータ収納壁，１３Ａ…雄ロータ（スクリューロータ），１３Ｂ…雌ロータ（スクリューロータ），１４Ａ，１４Ｂ…軸受押さえ，１５Ａ，１５Ｂ…吸込み側軸受，１６Ａ，１６Ｂ…吐出し側軸受，１７Ａ，１７Ｂ…軸受収納室，１７Ｃ，１７Ｄ…軸受収納壁，１９…吐出しポート，２０…モータ，２１…モータケーシング，２２…シャフト，２３…モータロータ，２４…ステータ，２５…エンドブラケット，３０…油分離器（気液分離器），３１…外筒ケーシング，３１ａ…スロープ部外筒壁，３１ｂ…旋回部外筒壁，３１ｃ…外筒ケーシング壁，３２…スカート，３２ａ…スロープ部スカート壁，３３…スロープ壁，３３ａ…スロープ部外周壁先端，３４…仕切り壁，３８…オイルケーシング，３９…油溜り部，４０…一体型ケーシング，４１…吸込み室，４２…吐出し室，４２ａ，４２ｂ…吐出し室側壁，４３ａ，４３ｂ，４３ｃ…旋回流路，４４…スカート内流路，４５ａ，４５ｂ…出口流路，４６…本体吐出し口，１００…給油式スクリュー圧縮機（給液式スクリュー圧縮機）。

Claims

　スクリューロータを有する圧縮機本体と、前記スクリューロータを駆動するモータと、前記圧縮機本体から吐出された圧縮ガスに含まれる液体を遠心分離するための環状の旋回流路を有する気液分離器とを備えた給液式スクリュー圧縮機において、
　前記圧縮機本体は、前記スクリューロータの中心軸が鉛直方向となるように前記気液分離器の上方に配置され、
　前記モータは、前記圧縮機本体の上方に配置され、
　前記スクリューロータの吐出し側軸受は、前記旋回流路の内周側に配置されたことを特徴とする給液式スクリュー圧縮機。
　請求項１に記載の給液式スクリュー圧縮機において、
　前記気液分離器の内部で気液分離された圧縮空気を前記気液分離器の外部へ導くための出口流路は、前記吐出し側軸受の外周側でかつ前記旋回流路の内周側を鉛直下方から鉛直上方に向かって通過するように形成されたことを特徴とする給液式スクリュー圧縮機。
　請求項１又は２に記載の給液式スクリュー圧縮機において、
　前記旋回流路は、前記圧縮機本体の吐出しポートを基点とする所定の円周方向区間に設けられたスロープ壁により鉛直方向上下に区画されたことを特徴とする給液式スクリュー圧縮機。