WO2020039548A1 - スクリュー圧縮機 - Google Patents

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WO2020039548A1
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rotor
casing
slide valve
screw compressor
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Inventor
雅浩 神田
駿 岡田
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/10—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber
    • F04C28/12—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber using sliding valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/48—Rotary-piston pumps with non-parallel axes of movement of co-operating members
    • F04C18/50—Rotary-piston pumps with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged at an angle of 90 degrees
    • F04C18/52—Rotary-piston pumps with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged at an angle of 90 degrees of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2230/00—Manufacture
    • F04C2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F04C2230/21—Manufacture essentially without removing material by casting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/30—Casings or housings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/40—Electric motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/50—Bearings

Definitions

  • the present invention relates to a screw compressor used for compressing a refrigerant such as a refrigerator.
  • a screw compressor is known as one type of positive displacement compressor, and is used, for example, as a component of a refrigerant circuit incorporated in a refrigerator or the like.
  • the screw compressor for example, one screw rotor having a spiral tooth groove and two gate rotors having a plurality of gate rotor teeth fitted into the tooth groove of the screw rotor were housed inside a casing.
  • Single screw compressors are known. In the single screw compressor, a plurality of compression chambers are formed by meshing and engaging the tooth grooves of the screw rotor and the gate rotor teeth of the gate rotor.
  • One end of the screw rotor in the rotation axis direction is a refrigerant suction side, and the other end is a discharge side.
  • the interior of the casing is divided into a low-pressure space provided on the suction side of the compression chamber and a high-pressure space provided on the discharge side of the compression chamber.
  • the screw rotor is fixed to a screw shaft that is rotated by a drive unit provided inside the casing.
  • the screw shaft has one shaft end rotatably supported by a bearing housing having a bearing therein, and the other shaft end connected to a drive unit.
  • refrigerant in a low-pressure space is sucked into a compression chamber and compressed, and refrigerant compressed in the compression chamber is discharged to a high-pressure space.
  • Some screw compressors include a pair of slide valves that are arranged in slide grooves formed in the inner cylindrical surface of the casing and that are slidably provided in the rotation axis direction of the screw rotor.
  • the slide valve is provided to slide in the rotation axis direction of the screw rotor and change the discharge start position of the high-pressure gas refrigerant compressed in the compression chamber, thereby changing the discharge opening timing and changing the internal volume ratio.
  • the slide valve includes a valve body facing the screw rotor, and a guide forming a sliding surface facing the outer peripheral surface of the bearing housing.
  • a predetermined gap is provided between the valve body of the slide valve and the screw rotor, for example, so as not to come into contact when assembling the screw compressor, or to cause contact and the like during operation of the screw compressor. Is provided.
  • the screw compressor disclosed in Patent Document 1 since the bearing housing must be housed in the casing bore, the outer diameter of the bearing housing must be smaller than the inner diameter of the casing bore. Is formed.
  • the screw rotor thermally expands due to an increase in the temperature of the refrigerant gas compressed in the compression chamber, and the gap between the outer peripheral surface of the screw rotor, the inner cylindrical surface of the casing, and the slide valve may be reduced.
  • the screw rotor may rotate in the reverse direction due to the differential pressure in the casing.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and has an object to provide a highly reliable screw compressor that can suppress contact between a slide valve and a screw rotor. .
  • the screw compressor according to the present invention has a casing constituting an outer shell, a screw shaft disposed in the casing and driven to rotate, and a spiral tooth groove on an outer peripheral surface, and is fixed to the screw shaft.
  • a slide valve provided in the groove and configured to be slidable in the direction of the rotation axis of the screw rotor; and a bearing housing having therein a bearing for rotatably supporting one end of the screw shaft, the bearing comprising:
  • the outer peripheral surface of the housing is provided with a convex portion protruding toward the sliding surface of the slide valve. That.
  • the convex portion contacts and supports the slide valve. Contact can be suppressed, and a highly reliable screw compressor can be realized.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a main part as viewed from the direction of arrows AA shown in FIG.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a main part taken along line BB shown in FIG. 1.
  • 1 is a perspective view showing a bearing housing of a screw compressor according to an embodiment of the present invention. It is operation
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation of a compression section of the screw compressor according to the embodiment of the present invention, showing a compression step.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an operation of the compression section of the screw compressor according to the embodiment of the present invention, showing a discharge step.
  • FIG. 1 is a sectional view showing the internal structure of the screw compressor according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a main part taken along line AA shown in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a main part taken along line BB shown in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a bearing housing of the screw compressor according to the embodiment of the present invention.
  • the screw compressor 100 includes a cylindrical casing 1 forming an outer shell, and a compression unit 2 and a driving unit 3 provided inside the casing 1.
  • the inside of the casing 1 is partitioned into a low-pressure space 10 and a high-pressure space 11.
  • the compression section 2 includes a screw shaft 4, a screw rotor 5 fixed to the screw shaft 4, a pair of gate rotors 6, a gate rotor support (not shown), and a pair of slide valves. 7 and a bearing housing 8 having therein a bearing 80 for rotatably supporting the end of the screw shaft 4.
  • the screw shaft 4 is arranged in the casing 1 and is driven to rotate by the drive unit 3.
  • the screw shaft 4 extends in the pipe axis direction of the casing 1, and one end of the shaft is rotatably supported by a bearing 80 arranged opposite to the discharge side of the screw rotor 5, and the other end of the shaft is It is connected to the drive unit 3.
  • the screw rotor 5 has a plurality of spiral tooth grooves 5a on the outer peripheral surface of a cylindrical body.
  • the screw rotor 5 is fixed to the screw shaft 4 and rotates together with the screw shaft 4 rotated by the driving unit 3.
  • the low-pressure space 10 side in the direction of the rotation axis is a refrigerant suction side
  • the high-pressure space 11 end is a discharge side.
  • a predetermined gap S is formed between the screw rotor 5 and the slide valve 7. This is to prevent, for example, contact when assembling the screw compressor 100 or to prevent the slide valve 7 and the screw rotor 5 from contacting each other during operation of the screw compressor 100 to cause seizure or the like.
  • the gate rotor 6 has a plurality of gate rotor teeth 6a that fit into the tooth grooves 5a of the screw rotor 5 formed on an outer peripheral portion, and is arranged so as to sandwich the screw rotor 5 in the radial direction as shown in FIG. ing.
  • the compression section 2 includes a tooth space 5 a of the screw rotor 5 and a gate rotor tooth 6 a of the gate rotor 6 which are engaged with each other to form a compression chamber 20.
  • the screw compressor 100 has a configuration in which two gate rotors 6 are opposed to one screw rotor 5 by being shifted by 180 degrees. Therefore, two compression chambers 20 are formed on the upper side of the screw shaft 4 and on the lower side of the screw shaft 4.
  • the gate rotor support (not shown) has a plurality of gate rotor support teeth provided so as to face the plurality of gate rotor teeth 6 a, and supports the gate rotor 6.
  • the slide valve 7 is provided in a slide groove 12 formed on the inner cylindrical surface of the casing 1, and is configured to be slidable in the rotation axis direction of the screw rotor 5.
  • the slide valve 7 is, for example, an internal volume ratio adjusting valve.
  • the slide valve 7 includes a valve body 70 facing the screw rotor 5 and a guide 71 having a sliding surface facing the outer peripheral surface of the bearing housing 8.
  • the valve body 70 and the guide 71 are connected by a connection 72.
  • a discharge port 7 a for the refrigerant compressed in the compression chamber 20 is provided between the valve body 70 and the guide 71.
  • the refrigerant discharged from the discharge port 7a is discharged to a high-pressure space (not shown) through a discharge gas passage.
  • the slide valve 7 is connected to a slide valve driving device 74 via a rod 73 fixed to an end face of the guide portion 71. That is, the slide valve 7 moves in parallel with the screw shaft 4 by the rod 73 that operates in the axial direction by driving the slide valve driving device 74.
  • the slide valve driving device 74 has, for example, a configuration driven by gas pressure, a configuration driven by hydraulic pressure, a configuration driven by a motor, and the like.
  • the discharge timing of the refrigerant sucked into the compression chamber 20 is adjusted by moving the valve body 70 of the slide valve 7 in parallel with the screw shaft 4.
  • the slide valve 7 is located on the suction side to make the opening of the discharge port 7a earlier, so that the discharge timing can be advanced, and the slide valve 7 is moved to the discharge side to make the opening of the discharge port 7a slower.
  • the ejection timing can be delayed. That is, the screw compressor 100 operates with a low internal volume ratio when the discharge timing is advanced, and operates with a high internal volume ratio when the discharge timing is delayed.
  • the bearing housing 8 is provided near the discharge-side end of the screw rotor 5 as shown in FIG.
  • the outer diameter of the bearing housing 8 is formed larger than the outer diameter of the screw rotor 5.
  • the bearing housing 8 since the bearing housing 8 must be inserted into the casing bore 13 that houses the screw rotor 5, the bearing housing 8 is formed with an outer diameter smaller than the inner diameter of the casing bore 13.
  • the outer diameter of the bearing housing 8 may be smaller than the outer diameter of the screw rotor 5 in some cases.
  • the bearing housing 8 As shown in FIGS. 1, 3 and 4, on the outer peripheral surface of the bearing housing 8, two convex portions 81 protruding toward the guide portion 71 of each slide valve 7, and in the same circumferential direction as the convex portion 81.
  • the formed concave portion 82 is formed.
  • the convex portion 81 is provided within the movable range of the slide valve 7.
  • the outer diameter of the convex portion 81 is, for example, equal to or larger than the inner diameter of the casing bore 13 that houses the screw rotor 5.
  • the outer diameter of the concave portion 82 is, for example, smaller than the inner diameter of the casing bore 13.
  • the bearing housing 8 It is difficult for the bearing housing 8 to form the convex portion 81 only on a part of the outer peripheral surface using a lathe machine. Therefore, the bearing housing 8 having the concave portion 82 formed in the outer peripheral portion is formed using a mold in advance, and both sides of the concave portion 82 are cut using a lathe processing machine, and the convex surface is formed in the same circumferential direction as the concave portion 82.
  • the portion 81 is formed by processing. That is, the concave portion 82 is a portion necessary for forming the convex portion 81 with a lathe.
  • the surface of the concave portion 82 is a casting surface 82a formed by a mold. This is because the concave portion 82 is a portion that does not particularly function in the screw compressor 100, and therefore, there is no problem even if the casting surface 82a remains.
  • the drive unit 3 is configured by the electric motor 30.
  • the electric motor 30 includes a stator 31 which is fixed in contact with the inside of the casing 1 and has a gap in the radial direction, and a motor rotor 32 rotatably arranged inside the stator 31.
  • the motor rotor 32 is connected to the shaft end of the screw shaft 4 and is arranged on the same axis as the screw rotor 5.
  • the screw compressor 100 rotates the screw rotor 5 by driving the electric motor 30 to rotate the screw shaft 4.
  • the motor 30 is driven by an inverter (not shown) so that the rotation speed is variably driven, and is operated by accelerating and decelerating the rotation speed of the screw shaft 4.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an operation of the compression section of the screw compressor according to the embodiment of the present invention, showing a suction step.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an operation of the compression section of the screw compressor according to the embodiment of the present invention, showing a compression step.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing an operation of the compression section of the screw compressor according to the embodiment of the present invention, showing a discharge step.
  • each process will be described focusing on the compression chamber 20 indicated by hatching of dots.
  • the screw rotor 5 is rotated via the screw shaft 4 by the electric motor 30, so that the gate rotor teeth 6a of the gate rotor 6 constitute the compression chamber 20. It relatively moves in the tooth space 5a.
  • this cycle is repeated with the suction step (FIG. 5), the compression step (FIG. 6), and the discharge step (FIG. 7) as one cycle.
  • FIG. 5 shows the state of the compression chamber 20 during the suction stroke.
  • the screw rotor 5 is driven by the electric motor 30 and rotates in the direction of the solid arrow. Thereby, the volume of the compression chamber 20 is reduced as shown in FIG.
  • the outer diameter of the bearing housing 8 is smaller than the inner diameter of the casing bore 13 by design.
  • the screw rotor 5 thermally expands due to the rise in the temperature of the refrigerant gas compressed in the compression chamber 20, and the gap between the outer peripheral surface of the screw rotor 5 and the inner cylindrical surface of the casing 1 and the slide valve 7 is increased. May decrease. Further, in the screw compressor 100, after the operation is stopped, the screw rotor 5 may rotate in the reverse direction due to the differential pressure in the casing 1, and when the screw rotor 5 rotates in the reverse direction, the screw rotor 5 may rotate due to the change in the internal pressure of the compression chamber 20 or the like.
  • the valve body 70 of the slide valve 7 may fall down toward the screw rotor 5 or rotate in the circumferential direction. As a result, a part of the valve body 70 of the slide valve 7 may protrude from the inner peripheral surface of the casing bore 13 and come into contact with the screw rotor 5 to cause seizure or the like.
  • the screw compressor 100 has the casing 1 forming the outer shell, the screw shaft 4 disposed in the casing 1 and driven to rotate, and the spiral tooth groove 5a on the outer peripheral surface.
  • a gate rotor 6 having a screw rotor 5 fixed to the screw shaft 4, and a plurality of gate rotor teeth 6 a fitted into the tooth grooves 5 a of the screw rotor 5, and forming a compression chamber 20 together with the casing 1 and the screw rotor 5.
  • the screw compressor 100 includes a slide valve 7 provided in a slide groove 12 formed in an inner cylindrical surface of the casing 1 and configured to be slidable in the rotation axis direction of the screw rotor 5.
  • a bearing housing 8 having a bearing 80 rotatably supporting the other end therein. Further, on the outer peripheral surface of the bearing housing 8, a convex portion 81 protruding toward the sliding surface of the slide valve 7 is provided. Therefore, in the screw compressor 100 according to the present embodiment, before the valve body 70 of the slide valve 7 falls down to the screw rotor 5 side or rotates in the circumferential direction, the convex portion 81 abuts on the slide valve 7 and is supported. Therefore, contact between the slide valve 7 and the screw rotor 5 can be suppressed, and a highly reliable screw compressor can be realized.
  • the screw compressor 100 since the outer diameter of the convex portion 81 is equal to or larger than the inner diameter of the casing bore 13 that houses the screw rotor 5, the slide valve 7 can be reliably supported by the convex portion 81. Thus, the effect of suppressing the contact between the slide valve 7 and the screw rotor 5 can be enhanced.
  • a concave portion 82 is formed in the same circumferential direction as the convex portion 81.
  • the outer diameter of the concave portion 82 is smaller than the inner diameter of the casing bore 13. Accordingly, by providing the concave portion 82 on the outer peripheral surface of the bearing housing 8 in advance by using a mold, the convex portion 81 can be processed and formed by a lathe machine, so that the production can be facilitated and the productivity can be increased.
  • the surface of the concave portion 82 in the screw compressor 100 according to the present embodiment is a casting surface 82a formed by a mold.
  • the concave portion 82 which is a part that does not particularly function in the structure of the screw compressor 100, as the casting surface 82a, additional processing of the concave portion 82 becomes unnecessary, and the manufacturing cost can be reduced, and productivity can be reduced. Can be increased.
  • the present invention has been described based on the embodiment, the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment.
  • the internal configuration of the screw compressor 100 is not limited to the content described above, and may include other components.
  • the screw compressor 100 has been described as an example of a single-stage single screw compressor, but may be a two-stage single screw compressor, for example.
  • the slide valve 7 is not limited to the internal volume ratio adjusting valve, and may be configured to adjust a compression capacity, for example.
  • the number of the gate rotors 6 is not limited to the two shown in the figure, and may be one.
  • the present invention includes a range of design changes and application variations usually performed by those skilled in the art without departing from the technical idea thereof.

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Abstract

スクリュー圧縮機は、外郭を構成するケーシングと、ケーシング内に配置されて回転駆動されるスクリュー軸と、外周面に螺旋状の歯溝を有し、スクリュー軸に固定されたスクリューロータと、スクリューロータの歯溝に嵌り合う複数のゲートロータ歯部を有し、ケーシング及びスクリューロータと共に圧縮室を形成するゲートロータと、ケーシングの内筒面に形成されたスライド溝内に設けられ、スクリューロータの回転軸方向にスライド移動自在に構成されたスライドバルブと、スクリュー軸の一端を回転自在に支持する軸受を内部に有する軸受ハウジングと、を備えている。軸受ハウジングの外周面には、スライドバルブの摺動面に向かって突き出す凸面部が設けられている。

Description

スクリュー圧縮機
　本発明は、例えば冷凍機等の冷媒圧縮に用いられるスクリュー圧縮機に関するものである。
　スクリュー圧縮機は、特許文献１に開示されているように、容積形圧縮機の一つの形式として知られており、例えば冷凍機等に内蔵された冷媒回路の構成部材として使用されるものである。スクリュー圧縮機としては、例えば螺旋状の歯溝を有する１つのスクリューロータと、スクリューロータの歯溝に嵌り合う複数のゲートロータ歯部を有する２つのゲートロータと、がケーシングの内部に収納されたシングルスクリュー圧縮機が知られている。シングルスクリュー圧縮機は、スクリューロータの歯溝とゲートロータのゲートロータ歯部とが相互に噛み合い係合されて複数の圧縮室が形成されている。スクリューロータは、回転軸方向における一端が冷媒の吸入側であり、他端が吐出側となる。ケーシングの内部は、圧縮室の吸入側に設けられた低圧空間と、圧縮室の吐出側に設けられた高圧空間と、に区画されている。
　スクリューロータは、ケーシングの内部に設けられた駆動部によって回転するスクリュー軸に固定されている。スクリュー軸は、一方の軸端部が内部に軸受を有する軸受ハウジングによって回転自在に支持され、他方の軸端部が駆動部に連結されている。スクリュー圧縮機は、駆動部によって回転するスクリュー軸を介してスクリューロータが回転駆動すると、低圧空間内の冷媒が圧縮室へ吸入されて圧縮され、圧縮室で圧縮された冷媒が高圧空間に吐出される構成である。
　ところで、スクリュー圧縮機には、ケーシングの内筒面に形成されたスライド溝内に配置され、スクリューロータの回転軸方向にスライド移動自在に設けられた一対のスライドバルブを備えたものがある。スライドバルブは、スクリューロータの回転軸方向にスライドし、圧縮室で圧縮された高圧ガス冷媒の吐出開始位置を変更させることで、吐出開口タイミングを変化させて、内部容積比を変更させるために設けられている。このスライドバルブは、スクリューロータに対向する弁体部と、軸受ハウジングの外周面に対向して摺動面を形成するガイド部と、を備えている。スライドバルブの弁体部とスクリューロータとの間には、例えばスクリュー圧縮機を組み立てる際に接触したり、又はスクリュー圧縮機の運転中に接触して焼き付き等を起こしたりしないように所定の隙間が設けられている。
特許第４３０１３４５号公報
　特許文献１のスクリュー圧縮機では、ケーシングボアに軸受ハウジングを収納しなければならないため、軸受ハウジングの外径をケーシングボアの内径よりも小さくする必要があり、軸受ハウジングとスライドバルブとの間に隙間が形成される。一方、スクリュー圧縮機は、圧縮室で圧縮した冷媒ガスの温度の上昇によってスクリューロータが熱膨張し、スクリューロータの外周面とケーシングの内筒面及びスライドバルブとの隙間が減少するおそれがある。また、スクリュー圧縮機は、運転を停止させた後にケーシング内の高低差圧によりスクリューロータが逆回転するおそれがある。スクリューロータが逆回転すると圧縮室の内圧変化等の影響によって、スライドバルブの弁体部がスクリューロータ側へ倒れ込み、又は周方向へ回転する問題が発生する。その結果、ケーシングボアの内周面からスライドバルブの弁体部の一部が突出してスクリューロータと接触し、焼き付き等を招くおそれがある。
　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、スライドバルブとスクリューロータとの接触を抑制することができ、信頼性の高いスクリュー圧縮機を提供することを目的とする。
　本発明に係るスクリュー圧縮機は、外郭を構成するケーシングと、前記ケーシング内に配置されて回転駆動されるスクリュー軸と、外周面に螺旋状の歯溝を有し、前記スクリュー軸に固定されたスクリューロータと、前記スクリューロータの歯溝に嵌り合う複数のゲートロータ歯部を有し、前記ケーシング及び前記スクリューロータと共に圧縮室を形成するゲートロータと、前記ケーシングの内筒面に形成されたスライド溝内に設けられ、前記スクリューロータの回転軸方向にスライド移動自在に構成されたスライドバルブと、前記スクリュー軸の一端を回転自在に支持する軸受を内部に有する軸受ハウジングと、を備え、前記軸受ハウジングの外周面には、前記スライドバルブの摺動面に向かって突き出す凸面部が設けられているものである。
　本発明に係るスクリュー圧縮機は、スライドバルブの弁体部がスクリューロータ側へ倒れ込み又は周方向へ回転する前に、凸面部がスライドバルブに当接して支持するので、スライドバルブとスクリューロータとの接触を抑制でき、信頼性の高いスクリュー圧縮機を実現できる。
本発明の実施の形態に係るスクリュー圧縮機の内部構造を示した断面図である。 図１に示したＡ－Ａ線矢視の要部を示した拡大断面図である。 図１に示したＢ－Ｂ線矢視の要部を示した拡大断面図である。 本発明の実施の形態に係るスクリュー圧縮機の軸受ハウジングを示した斜視図である。 本発明の実施の形態に係るスクリュー圧縮機の圧縮部の動作であって、吸込工程を示した説明図である。 本発明の実施の形態に係るスクリュー圧縮機の圧縮部の動作であって、圧縮工程を示した説明図である。 本発明の実施の形態に係るスクリュー圧縮機の圧縮部の動作であって、吐出工程を示した説明図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略又は簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさ及び配置等は、本発明の範囲内で適宜変更することができる。
　実施の形態．
　図１は、本発明の実施の形態に係るスクリュー圧縮機の内部構造を示した断面図である。図２は、図１に示したＡ－Ａ線矢視の要部を示した拡大断面図である。図３は、図１に示したＢ－Ｂ線矢視の要部を示した拡大断面図である。図４は、本発明の実施の形態に係るスクリュー圧縮機の軸受ハウジングを示した斜視図である。
　本実施の形態に係るスクリュー圧縮機１００では、単段シングルスクリュー圧縮機を例に説明する。スクリュー圧縮機１００は、図１に示すように、外郭を構成する円筒形状のケーシング１と、ケーシング１の内部に設けられた圧縮部２及び駆動部３と、で構成されている。ケーシング１の内部は、低圧空間１０と、高圧空間１１とに区画されている。
　圧縮部２は、図１に示すように、スクリュー軸４と、スクリュー軸４に固定されたスクリューロータ５と、一対のゲートロータ６と、ゲートロータサポート（図示は省略）と、一対のスライドバルブ７と、スクリュー軸４の端部を回転自在に支持する軸受８０を内部に有する軸受ハウジング８と、を備えている。
　スクリュー軸４は、ケーシング１内に配置され、駆動部３によって回転駆動される。スクリュー軸４は、ケーシング１の管軸方向に延びており、一方の軸端部がスクリューロータ５の吐出側に対向して配置された軸受８０によって回転自在に支持され、他方の軸端部が駆動部３に連結されている。
　スクリューロータ５は、図１及び図２に示すように、円柱体の外周面に複数の螺旋状の歯溝５ａを有している。スクリューロータ５は、スクリュー軸４に固定されており、駆動部３によって回転するスクリュー軸４と共に回転する。スクリューロータ５は、回転軸方向における低圧空間１０側が冷媒の吸入側となり、高圧空間１１端が吐出側となる。また、スクリューロータ５は、スライドバルブ７との間には所定の隙間Ｓが形成されている。これは、例えばスクリュー圧縮機１００を組み立てる際に接触したり、スクリュー圧縮機１００の運転中にスライドバルブ７とスクリューロータ５とが接触して焼き付き等を起こしたりしないようにするためである。
　ゲートロータ６は、スクリューロータ５の歯溝５ａに嵌り合う複数のゲートロータ歯部６ａが外周部に形成されており、図１に示すように、スクリューロータ５を径方向に挟むように配置されている。圧縮部２は、スクリューロータ５の歯溝５ａと、ゲートロータ６のゲートロータ歯部６ａが相互に噛み合い係合されて圧縮室２０が形成されている。スクリュー圧縮機１００は、１つのスクリューロータ５に対し、２つのゲートロータ６を１８０度ずらして対向させて配置した構成である。そのため、圧縮室２０は、スクリュー軸４の上側と、スクリュー軸４の下側とで２つ形成されている。図示省略のゲートロータサポートは、複数のゲートロータ歯部６ａと対向して設けられた複数のゲートロータサポート歯部を有しており、ゲートロータ６を支持するものである。
　スライドバルブ７は、図１に示すように、ケーシング１の内筒面に形成されたスライド溝１２内に設けられ、スクリューロータ５の回転軸方向にスライド移動自在に構成されている。スライドバルブ７は、一例として内部容積比調整弁である。スライドバルブ７は、スクリューロータ５に対向する弁体部７０と、軸受ハウジング８の外周面に対向する摺動面を有するガイド部７１と、を備えている。弁体部７０とガイド部７１とは、連結部７２によって連結されている。弁体部７０とガイド部７１との間には、圧縮室２０で圧縮された冷媒の吐出口７ａが設けられている。吐出口７ａから吐出された冷媒は、吐出ガス通路を通じて高圧空間（図示省略）に吐出される。
　スライドバルブ７は、ガイド部７１の端面に固定されたロッド７３を介してスライドバルブ駆動装置７４に接続されている。つまり、スライドバルブ７は、スライドバルブ駆動装置７４の駆動により軸方向に動作するロッド７３によって、スクリュー軸４と並行に移動する。スライドバルブ駆動装置７４は、例えばガス圧で駆動する構成、油圧で駆動する構成、又はモータで駆動する構成等である。
　スクリュー圧縮機１００は、スライドバルブ７の弁体部７０がスクリュー軸４と並行に移動することで、圧縮室２０に吸い込んだ冷媒の吐出タイミングが調整される。具体的には、スライドバルブ７は、吸込側に位置させて吐出口７ａの開口を早くすることで、吐出タイミングを早めることができ、吐出側に移動させて吐出口７ａの開口を遅くすることで、吐出タイミングを遅らせることができる。つまり、スクリュー圧縮機１００は、吐出タイミングを早めると低内部容積比の運転となり、吐出タイミングを遅らせると高内部容積比の運転となる。
　軸受ハウジング８は、図１に示すように、スクリューロータ５の吐出側の端部に近接して設けられている。軸受ハウジング８の外径は、スクリューロータ５の外径よりも大きく形成されている。一方、軸受ハウジング８は、スクリューロータ５を収納するケーシングボア１３内に挿入しなければならないため、当該ケーシングボア１３の内径よりも小さい外径で形成されている。なお、軸受ハウジング８の外径は、スクリューロータ５の外径よりも小さい場合もある。
　図１、図３及び図４に示すように、軸受ハウジング８の外周面には、各スライドバルブ７のガイド部７１に向かって突き出す２つの凸面部８１と、凸面部８１と同一の周方向に形成された凹面部８２と、が形成されている。凸面部８１は、スライドバルブ７の可動範囲内に設けられている。凸面部８１の外径は、一例としてスクリューロータ５を収納するケーシングボア１３の内径以上である。一方、凹面部８２の外径は、一例としてケーシングボア１３の内径未満である。
　軸受ハウジング８は、旋盤加工機を使用して外周面の一部分にのみ凸面部８１を加工形成することが困難である。そこで、予め鋳型を使用して外周部に凹面部８２を形成した軸受ハウジング８を成形し、旋盤加工機を使用して凹面部８２の両側を切削して、凹面部８２と同一周方向に凸面部８１を加工形成することとしている。つまり、凹面部８２は、凸面部８１を旋盤加工機によって加工形成するために必要となる部分である。なお、凹面部８２の表面は、鋳型によって形成された鋳肌面８２ａである。凹面部８２は、スクリュー圧縮機１００において特に機能しない部分であるため、鋳肌面８２ａのままであっても問題ないからである。
　駆動部３は、電動機３０によって構成されている。電動機３０は、ケーシング１の内部に内接して固定され、径方向に隙間を有するステーター３１と、ステーター３１の内側に回転自在に配置されたモータロータ３２と、で構成されている。モータロータ３２は、スクリュー軸４の軸端部に接続されており、スクリューロータ５と同一軸線上に配置されている。スクリュー圧縮機１００は、電動機３０が駆動してスクリュー軸４を回転させることで、スクリューロータ５を回転させる。なお、電動機３０は、図示することは省略したインバータによって回転速度を可変に駆動されており、スクリュー軸４の回転速度を加減速させて運転される。
　次に、図５～図７に基づいて、本実施の形態に係るスクリュー圧縮機１００の動作について説明する。図５は、本発明の実施の形態に係るスクリュー圧縮機の圧縮部の動作であって、吸込工程を示した説明図である。図６は、本発明の実施の形態に係るスクリュー圧縮機の圧縮部の動作であって、圧縮工程を示した説明図である。図７は、本発明の実施の形態に係るスクリュー圧縮機の圧縮部の動作であって、吐出工程を示した説明図である。なお、図５～図７では、ドットのハッチングで示した圧縮室２０に着目して各行程について説明する。
　スクリュー圧縮機１００は、図５～図７に示すように、スクリューロータ５が電動機３０によりスクリュー軸４を介して回転することで、ゲートロータ６のゲートロータ歯部６ａが圧縮室２０を構成する歯溝５ａ内を相対的に移動する。これにより、圧縮室２０内では、吸込工程（図５）、圧縮工程（図６）及び吐出工程（図７）を一サイクルとして、このサイクルを繰り返すようになっている。
　図５は、吸込行程における圧縮室２０の状態を示している。スクリューロータ５が電動機３０により駆動されて実線矢印の方向に回転する。これにより、図６に示すように圧縮室２０の容積が縮小する。
　引き続き、スクリューロータ５が回転すると、図７に示すように、圧縮室２０が吐出口７ａに連通する。これにより、圧縮室２０内で圧縮された高圧の冷媒ガスが吐出口７ａより外部へ吐出される。そして、再びスクリューロータ５の背面で同様の圧縮が行われる。
　ところで、軸受ハウジング８は、ケーシングボア１３に収納しなければならないため、設計上、ケーシングボア１３の内径よりも小さい外径になってしまう。一方、スクリュー圧縮機１００は、圧縮室２０で圧縮した冷媒ガスの温度の上昇によってスクリューロータ５が熱膨張し、スクリューロータ５の外周面とケーシング１の内筒面及びスライドバルブ７との隙間が減少するおそれがある。また、スクリュー圧縮機１００は、運転を停止させた後にケーシング１内の高低差圧によりスクリューロータ５が逆回転する場合があり、スクリューロータ５が逆回転すると圧縮室２０の内圧変化等の影響によって、スライドバルブ７の弁体部７０がスクリューロータ５側へ倒れ込み、又は周方向へ回転するおそれがある。その結果、ケーシングボア１３の内周面からスライドバルブ７の弁体部７０の一部が突出してスクリューロータ５と接触し、焼き付き等を招くおそれがある。
　そこで、本実施の形態に係るスクリュー圧縮機１００は、外郭を構成するケーシング１と、ケーシング１内に配置されて回転駆動されるスクリュー軸４と、外周面に螺旋状の歯溝５ａを有し、スクリュー軸４に固定されたスクリューロータ５と、スクリューロータ５の歯溝５ａに嵌り合う複数のゲートロータ歯部６ａを有し、ケーシング１及びスクリューロータ５と共に圧縮室２０を形成するゲートロータ６と、を備えている。また、スクリュー圧縮機１００は、ケーシング１の内筒面に形成されたスライド溝１２内に設けられ、スクリューロータ５の回転軸方向にスライド移動自在に構成されたスライドバルブ７と、スクリュー軸４の他端を回転自在に支持する軸受８０を内部に有する軸受ハウジング８と、を備えている。そして、軸受ハウジング８の外周面には、スライドバルブ７の摺動面に向かって突き出す凸面部８１が設けられている。よって、本実施の形態に係るスクリュー圧縮機１００は、スライドバルブ７の弁体部７０がスクリューロータ５側へ倒れ込み又は周方向へ回転する前に、凸面部８１がスライドバルブ７に当接して支持するので、スライドバルブ７とスクリューロータ５との接触を抑制することができ、信頼性の高いスクリュー圧縮機を実現できる。
　また、本実施の形態に係るスクリュー圧縮機１００では、凸面部８１の外径が、スクリューロータ５を収納するケーシングボア１３の内径以上なので、凸面部８１でスライドバルブ７を確実に支持することができ、スライドバルブ７とスクリューロータ５との接触を抑制する効果を高めることができる。
　また、本実施の形態に係るスクリュー圧縮機１００における軸受ハウジング８の外周面には、凸面部８１と同一の周方向に、凹面部８２が形成されている。凹面部８２の外径は、ケーシングボア１３の内径未満である。よって、鋳型を使用して、予め軸受ハウジング８の外周面に凹面部８２を設けることにより、旋盤加工機で凸面部８１を加工形成できるので、製造が容易となり生産性を高めることができる。
　また、本実施の形態に係るスクリュー圧縮機１００における凹面部８２の表面は、鋳型によって形成された鋳肌面８２ａである。つまり、スクリュー圧縮機１００の構造において特に機能しない部分である凹面部８２を鋳肌面８２ａのままとすることで、凹面部８２の追加加工が不要となり、製造コストを抑えることができ、生産性を高めることができる。
　以上に本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、スクリュー圧縮機１００の内部構成は、上述した内容に限定されるものではなく、他の構成要素を含んでもよい。また、スクリュー圧縮機１００は、単段シングルスクリュー圧縮機を例に説明したが、例えば二段シングルスクリュー圧縮機でもよい。また、スライドバルブ７は、内部容積比調整弁に限定されず、例えば圧縮容量を調整する構成でもよい。また、ゲートロータ６は、図示した２つ構成に限定されず、１つでもよい。要するに、本発明は、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更及び応用のバリエーションの範囲を含むものである。
　１　ケーシング、２　圧縮部、３　駆動部、４　スクリュー軸、５　スクリューロータ、５ａ　歯溝、６　ゲートロータ、６ａ　ゲートロータ歯部、７　スライドバルブ、７ａ　吐出口、８　軸受ハウジング、１０　低圧空間、１１　高圧空間、１２　スライド溝、１３　ケーシングボア、２０　圧縮室、３０　電動機、３１　ステーター、３２　モータロータ、７０　弁体部、７１　ガイド部、７２　連結部、７３　ロッド、７４　スライドバルブ駆動装置、８０　軸受、８１　凸面部、８２　凹面部、８２ａ　鋳肌面、１００　スクリュー圧縮機、Ｓ　隙間。

Claims (4)

  1. 　外郭を構成するケーシングと、
    　前記ケーシング内に配置されて回転駆動されるスクリュー軸と、
    　外周面に螺旋状の歯溝を有し、前記スクリュー軸に固定されたスクリューロータと、
    　前記スクリューロータの歯溝に嵌り合う複数のゲートロータ歯部を有し、前記ケーシング及び前記スクリューロータと共に圧縮室を形成するゲートロータと、
    　前記ケーシングの内筒面に形成されたスライド溝内に設けられ、前記スクリューロータの回転軸方向にスライド移動自在に構成されたスライドバルブと、
    　前記スクリュー軸の一端を回転自在に支持する軸受を内部に有する軸受ハウジングと、を備え、
    　前記軸受ハウジングの外周面には、前記スライドバルブの摺動面に向かって突き出す凸面部が設けられている、スクリュー圧縮機。
  2. 　前記凸面部の外径は、前記スクリューロータを収納するケーシングボアの内径以上である、請求項１に記載のスクリュー圧縮機。
  3. 　前記軸受ハウジングの外周面には、前記凸面部と同一の周方向に凹面部が形成されており、
    　前記凹面部の外径は、ケーシングボアの内径未満である、請求項１又は２に記載のスクリュー圧縮機。
  4. 　前記凹面部の表面は、鋳型によって形成された鋳肌面である、請求項３に記載のスクリュー圧縮機。
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