(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングに形成したロータ室内に収容された雌雄咬合するスクリュロータにより対象気体を圧縮する水噴射式スクリュ圧縮機において、
前記スクリュロータと前記スクリュロータのロータ軸の高圧側の軸受との間に、
前記軸受の潤滑油が前記ロータ室側に漏出することを防止するリップシールと、
前記ロータ軸の外周に嵌装され、前記ロータ軸と共に回転するシャフトスリーブと、
前記シャフトスリーブの外側に位置し、前記ケーシングに固定されたアウタスリーブとを有し、
前記シャフトスリーブと前記アウタスリーブとは、径方向に互いに近接し合う少なくとも５つの近接部を有し、互いの間の空間を前記近接部によって区分することによって、前記ロータ室側から順に、流出空間、ロータ側干渉空間、加圧空間、シール側干渉空間、開放空間およびシール空間の少なくとも６つの空間を形成し、
前記ケーシングは、前記流出空間を前記ロータ室の圧縮途中の低圧空間または前記ロータ室への吸込流路に連通することで当該流出空間を減圧する低圧連通路と、
前記加圧空間に前記ロータ室から吐出された対象気体を導入するための高圧連通路と、
前記リップシールに前記加圧空間に導入された対象気体による過剰な圧力が加わらないよう、前記開放空間を前記ケーシングの外部空間に連通する開放連通路とを備えることを特徴とする水噴射式スクリュ圧縮機。
【請求項２】
前記シャフトスリーブおよび前記アウタスリーブよりもさらに前記ロータ室側において、前記ロータ軸と前記ケーシングとの間に、内径が前記ロータ軸の外径よりも僅かに大きく、外径が前記ケーシングの内径よりも僅かに小さいシールリングが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水噴射式スクリュ圧縮機。
【請求項３】
前記シャフトスリーブは、前記流出空間内に、外側に連続して突出する円盤部と、前記円盤部の前記ロータ室側に放射状に突設された放射状部とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の水噴射式スクリュ圧縮機。
【請求項４】
前記流出空間と前記ロータ側干渉空間との間の前記近接部の近接し合う部分の径は、前記ロータ側干渉空間と前記加圧空間との間の前記近接部の近接し合う部分の径よりも大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の水噴射式スクリュ圧縮機。
【請求項５】
前記ロータ側干渉空間と前記加圧空間との間の前記近接部の近接し合う部分の径は、前記加圧空間と前記シール側干渉空間との間の前記近接部の近接し合う部分の径と異なることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の水噴射式スクリュ圧縮機。
【請求項６】
前記加圧空間と前記シール側干渉空間との間の前記近接部の近接し合う部分の径は、前記シール側干渉空間と前記開放空間との間の前記近接部の近接し合う部分の径よりも大きいことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の水噴射式スクリュ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水噴射式スクリュ圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータ室内に収容された雌雄咬合するスクリュロータで対象気体を圧縮するスクリュ圧縮機や、ロータ室内で対象気体を膨張させて雌雄咬合するスクリュロータを回転させるスクリュエキスパンダなどのスクリュ流体機械では、対象気体を系内に封止、或いは、対象気体に外気などが混入するのを防止するために、ロータ軸のスクリュロータと軸受との間に軸封構造が設けられる。
【０００３】
特許文献１に記載されているように、従来のスクリュ圧縮機では、吸込側の軸封装置としてリップシールが用いられ、吐出側の軸封装置としてメカニカルシールが用いられている。
【０００４】
リップシールは安価で省スペースの軸封装置であるが、一般に、封止可能な最大圧力が０．３ｋｇｆ／ｃｍ２程度である。このため、リップシールは、高圧側では軸封が不十分になったり耐久性が著しく低下するおそれがあるので、低圧側の軸封にのみ使用可能である。一方、メカニカルシールは、高圧の軸封が可能であるが、非常に高価であると共に設置のためのスペースが大きいという問題がある。
【０００５】
特許文献２では、メカニカルシールの軸受側にさらにリップシールを設けて、軸封を万全にしているが、リップシールに過剰な圧力が加わらないように、メカニカルシールとリップシールとの間の空間をロータ室の吸込側に連通させている。
【０００６】
また、スクリュ流体機械には、ロータ室内に水を噴射して、潤滑および冷却を行う水噴射式のものがある。リップシールを軸封装置に備えた水噴射式スクリュ流体機械において、ロータ室から漏出した水が、リップシールが封止する空間に進入すると、リップシールは水を封止しなければならない。油と異なり、水は潤滑性が低いため、リップシールで水を封止するとリップシールの摩耗が大きくなってしまう。したがって、水噴射式スクリュ流体機械では、リップシールの寿命が短く、頻繁なメンテナンスが要求されるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−４５９４８号公報
【特許文献２】特開２００７−１３２２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記問題点に鑑みて、本発明は、十分なシール性を備え、軸封装置の寿命が長い水潤滑式スクリュ圧縮機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明による水噴射式スクリュ圧縮機は、ケーシングに形成したロータ室内に収容された雌雄咬合するスクリュロータにより対象気体を圧縮する水噴射式スクリュ圧縮機において、前記スクリュロータと前記スクリュロータのロータ軸の高圧側の軸受との間に、前記軸受の潤滑油が前記ロータ室側に漏出することを防止するリップシールと、前記ロータ軸の外周に嵌装され、前記ロータ軸と共に回転するシャフトスリーブと、前記シャフトスリーブの外側に位置し、前記ケーシングに固定されたアウタスリーブとを有し、前記シャフトスリーブと前記アウタスリーブとは、径方向に互いに近接し合う少なくとも５つの近接部を有し、互いの間の空間を前記近接部によって区分することによって、前記ロータ室側から順に、流出空間、ロータ側干渉空間、加圧空間、シール側干渉空間、開放空間およびシール空間の少なくとも６つの空間を形成し、前記ケーシングは、前記流出空間を前記ロータ室の圧縮途中の低圧空間または前記ロータ室への吸込流路に連通することで当該流出空間を減圧する低圧連通路と、前記加圧空間に前記ロータ室から吐出された対象気体を導入するための高圧連通路と、前記リップシールに前記加圧空間に導入された対象気体による過剰な圧力が加わらないよう、前記開放空間を前記ケーシングの外部空間に連通する開放連通路とを備えるものとする。
【００１０】
この構成によれば、低圧連通路を介して吐出圧より低いロータ室または吸込流路に接続することによって流出空間を減圧し、且つ、高圧連通路を介して高圧の対象気体を導入することによって加圧空間を昇圧するので、その圧力差によって、ロータ室から流出空間に漏出した水は、低圧連通路を通ってロータ室に環流され、加圧空間に進入しない。このため、シール空間まで水が進入して、リップシールを破損させることがなく、軸受用潤滑油の漏出を防止できる。また、加圧空間に導入された高圧の対象気体は、開放空間から開放連通路を介して外部に放出されるので、シール空間の圧力を増大させず、リップシールに過剰な圧力が加わらない。
【００１１】
また、本発明の水噴射式スクリュ圧縮機は、前記シャフトスリーブおよび前記アウタスリーブよりもさらに前記ロータ室側において、前記ロータ軸と前記ケーシングとの間に、内径が前記ロータ軸の外径よりも僅かに大きく、外径が前記ケーシングの内径よりも僅かに小さいシールリングが配置されていてもよい。
【００１２】
この構成によれば、シールリングによって、ロータ室から流出空間に漏出する対象気体および水の量を低減するので、軸受への水の進入をより確実に防止でき、対象気体の圧力ロスも低減できる。
【００１３】
また、本発明の水噴射式スクリュ圧縮機において、前記シャフトスリーブは、前記流出空間内に、外側に連続して突出する円盤部と、前記円盤部の前記ロータ室側に放射状に突設された放射状部とを備えてもよい。
【００１４】
この構成によれば、円盤部および放射状部が、ロータ室から漏出して流出空間に進入してきた水を径方向外側に移動させる。これにより、シャフトスリーブに沿って軸方向に直進して水が近接部に容易に到達することを防止し、ロータ側干渉空間に水が進入する可能性をより低減できる。
【００１５】
また、本発明の水噴射式スクリュ圧縮機において前記流出空間と前記ロータ側干渉空間との間の前記近接部の近接し合う部分の径が、前記ロータ側干渉空間と前記加圧空間との間の前記近接部の近接し合う部分の径よりも大きくてもよい。また、前記加圧空間と前記シール側干渉空間との間の前記近接部の近接し合う部分の径が、前記シール側干渉空間と前記開放空間との間の前記近接部の近接し合う部分の径よりも大きくてもよい。
【００１６】
この構成によれば、近接部を通過した水は、遠心力によって径方向外側に飛ばされるので、径方向内側にアウタスリーブの突部を伝い登らなければ、次なる近接部に到達してすることができない。
【００１７】
また、本発明の水噴射式スクリュ圧縮機において、前記ロータ側干渉空間と前記加圧空間との間の前記近接部の近接し合う部分の径が、前記加圧空間と前記シール側干渉空間との間の前記近接部の近接し合う部分の径と異なってもよい。
【００１８】
この構成によれば、シャフトスリーブやアウタスリーブに段差ができるので、水がシャフトスリーブやアウタスリーブの表面を軸方向に伝い移動するだけでは、シール側干渉空間に到達できない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態のスクリュ圧縮機の簡略化断面図である。
【図２】図１のスクリュ圧縮機の軸封部の詳細断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に、本発明に係る水噴射式スクリュ圧縮機１を簡略化して示す。スクリュ圧縮機１は、ケーシング２内に形成したロータ室３内に収容された雌雄咬合する一対のスクリュロータ４で、対象気体（例えば空気）を圧縮して吐出するものであり、ロータ室３内に冷却、シールおよび潤滑のために、水が導入されるようになっている。
【００２１】
ケーシング２には、ロータ室３に圧縮すべき対象気体を供給する吸込流路５と、ロータ室３内でスクリュロータ４によって圧縮された対象気体を排出する吐出流路６と、スクリュロータ４のロータ軸７を吸込側および吐出側で、それぞれ、支持および軸封する構造を設置するための軸受軸封空間８，９が設けられている。
【００２２】
ロータ軸７は、吸込側の軸受軸封空間８内に設置されたころ軸受１０と、吐出側の軸受軸封空間９内に設置された２つの玉軸受１１とで回転可能に支持され、吸込側の軸受軸封空間８を貫通して延伸し、不図示のモータに接続される。
【００２３】
ころ軸受１０の前記モータ側には、モータ側への異物（ころ軸受１０のグリスなど）の浸入を防ぐリップシール１２が設置され、ころ軸受１０のスクリュロータ４側には、ころ軸受１０のグリスがスクリュロータ４側に流出しないように封止するリップシール１３と、吸込流路５からころ軸受１０側に対象気体や潤滑流体が浸入しないように封止するリップシール１４とが設けられている。
【００２４】
玉軸受１１とロータ室３との間には、ロータ軸７に気密に嵌装され、ロータ軸７と共に回転するシャフトスリーブ１５と、シャフトスリーブ１５の外側に位置し、ケーシング３に気密に固定されたアウタスリーブ１６とが配設されている。シャフトスリーブ１５は、ロータ室３側から、第１回転スリーブ１７、第２回転スリーブ１８および第３回転スリーブ１９の３つに分割して形成されている。アウタスリーブ１６は、ロータ室３側から、第１固定スリーブ２０、第２固定スリーブ２１および第３固定スリーブ２２の３つに分割して形成されている。
【００２５】
第３固定スリーブ２２には、第３回転スリーブ１９と摺接し、軸受軸封空間９を区分して、玉軸受１１の潤滑油がロータ室３側に漏出しないように封止するためのリップシール２３が保持されている。
【００２６】
また、第１回転スリーブ１７および第１固定スリーブ２０よりもさらにロータ室３側の軸受軸封空間９内には、シールリング２４が配置されている。シールリング２４は、ロータ軸７の対応位置の外径よりも僅かに（例えば０．０５ｍｍ程度）大きな内径と、ケーシング２の対応位置の内径よりも僅かに（例えば０．０５ｍｍ程度）小さな外径とを有する。
【００２７】
ケーシング２には、リップシール１３とリップシール１４との間の空間を外部に連通させるシール連通路２５と、吸込流路５に連通し、第１固定スリーブ２０の外側に開口する低圧連通路２６と、吐出流路６に連通し、第２固定スリーブ２１の外側に開口する高圧連通路２７と、ケーシング２の外部（外気）に連通し、第３固定スリーブ２２の外側に開口する開放連通路２８とが形成されている。
【００２８】
図２にシャフトスリーブ１５およびアウタスリーブ１６を詳細に示す。シャフトスリーブ１５とアウタスリーブ１６とは、少なくともいずれか一方が他方に向かって部分的に突出して近接し合う６箇所の近接部２９，３０，３１，３２，３３，３４を有する。
【００２９】
シャフトスリーブ１５とアウタスリーブ１６との間の空間（軸受軸封空間９）は、近接部２９，３０，３１，３２，３３，３４、および、リップシール２３によって、ロータ室３側から順に、流出空間３５、ロータ側干渉空間３６、加圧空間３７、シール側干渉空間３８、開放空間３９、予備空間４０、シール空間４１および軸受空間４２に区分されている。
【００３０】
流出空間３５は、ロータ室３側がシールリング２４が配置された空間に連通し、リップシール２３側が最もロータ室４側の近接部２９によってロータ側干渉空間３６と区分されている。第１固定スリーブ２０には、流出空間３５を低圧連通路２６に連通させる貫通孔４３が形成されている。また、第１回転スリーブ１７には、流出空間３５内のロータ室３寄りの位置に、外側に連続して円盤に突出する円盤部４４が形成され、円盤部４４のロータ室４側の面には、放射状に突設された板状またはリブ状の放射状部４５を備える。また、第１回転スリーブ１７のロータ室４側の端部には、シールリング２４がリップシール２３側に移動しないように係止するために内側に突出する係止部４６が設けられている。
【００３１】
第２固定スリーブ２１には、加圧空間３７を高圧連通路２７に連通させる貫通孔４７が形成されており、第３固定スリーブ２２には、開放空間３９を開放連通路２８に連通させる貫通穴４８が形成されている。
【００３２】
流出空間３５とロータ側干渉空間３６との間の近接部２９の近接し合う部分の径は、ロータ側干渉空間３６と加圧空間３７との間の近接部３０の近接し合う部分の径よりも大きくなっている。また、ロータ側干渉空間３６と加圧空間３７との間の近接部３０の近接し合う部分の径は、加圧空間３７と軸側干渉空間３８との間の近接部３１の近接し合う部分の径よりも小さくなっている。さらに、加圧空間３７と軸側干渉空間３８との間の近接部３１の近接し合う部分の径は、シール側干渉空間３８と開放空間３９との間の近接部３２の近接し合う部分の径よりも大きくなっている。また、予備空間４０の両側の近接部３３と近接部３４とも、近接し合う部分の径が互いに異なっている。
【００３３】
さらに、第３回転スリーブ１９のロータ室３側の端部には、径方向外側にフランジ状に突出する突出部４９が形成されている。
【００３４】
本実施形態のスクリュ圧縮機１において、流出空間３５は、ロータ室３の吐出側の空間よりも圧力が低いため、ロータ室３から流出空間３５へは対象気体と共に潤滑および冷却のための水が流出し得る。ここで、シールリング２４は、ケーシング２およびロータ軸７との間に狭い隙間を形成するので、水がこの狭い隙間を通過する際に圧力損失を生じさせ、ロータ室３から流出空間３５へと流出する対象気体および水の量を低減する軸封装置としての機能を果たす。
【００３５】
対象気体の圧力によってロータ室３から、シールリング２４とロータ軸７およびケーシング２との隙間を通って流出空間３５に漏出した水は、低圧連通路２６を通して、流出空間３５よりもさらに低圧の吸込流路５へ環流し、再びロータ室３に吸い込まれる。このとき、第１回転スリーブ１７の外表面を伝ってリップシール２３側に移動してきた水は、円盤部４４によって径方向外側に移動させられる。このとき、放射状部４５は水を第１回転スリーブ１７と共に回転させることにより、遠心力を作用させて水を円盤部４４の外周に向かって移動させ、さらに、第１固定スリーブ２０に向かって飛散させる。これにより、流出空間３５に進入した水は、効率よく第１固定スリーブ２０に形成された貫通孔４３へと導かれる。尚、低圧連通路２６は、ロータ室３の圧縮途中の低圧空間に連通してもよい。
【００３６】
このように、流出空間３５に漏出した水は、低圧連通路２６を介して、流出空間３５からロータ室３に環流させられるが、万が一、流出空間３５から近接部２９を通過してロータ側干渉空間３６に水が漏出したとしても、漏出した水は、第１回転スリーブ１７の近接部２９を構成する突起の回転に伴う遠心力によって外側に飛ばされる。したがって、ロータ側干渉空間３６に漏出した水は、第１固定スリーブ２０からロータ側干渉空間３６と加圧空間３７との間の近接部３０を構成する第２固定スリーブ２１の突起を伝い登らなければ、近接部３０を通過して加圧空間３７へと進入することができない。
【００３７】
さらに、吐出流路６から高圧連通路２７を介して加圧空間３７に高圧の対象気体が導入されるので、加圧空間３７の内圧は、低圧連通路２６を介して吸込流路３５に連通する流出空間３５および開放連通路２８を介して大気開放された開放空間３９、並びに、それらの空間と加圧空間３７との間のロータ側干渉空間３６およびシール側干渉空間３８の内圧よりも高くなる。したがって、加圧空間３７からロータ側干渉空間３６を介して流出空間３５へ、および、加圧空間３７からシール側干渉空間３８を介して開放空間３９へと、対象気体が流れる。
【００３８】
近接部３０を通した加圧空間３７からロータ側干渉空間３６への対象気体の流れは、水が流出空間３５からロータ側干渉空間３６へ、さらに、ロータ側干渉空間３６から加圧空間３７へ流れ込むことを防止する。また、ロータ側干渉空間３６に水が進入してしまったとしても、対象気体の流れは、進入した水を流出空間３５へと押し戻す。このように、シャフトスリーブ１５とアウタスリーブ１６との形状に加え、対象気体の流れによっても、ロータ室３から流出空間３５に漏出した水がリップシール２３側に移動することを防止するので、リップシール２３に水が接触して摩耗が促進されることがない。
【００３９】
また、本実施形態では、さらに、ロータ側干渉空間３６と加圧空間３７との間の近接部３０の径が加圧空間３７とシール側干渉空間３８との間の近接部３１の径より小さくなっているため、仮に、加圧空間３７にまで水が進入したとしても、水は、径方向の壁を伝い登らなければ、近接部３２を通過してシール側干渉空間３８に進入できない。
【００４０】
さらに、加圧空間３７とシール側干渉空間３８との間の近接部３１の径が、シール側干渉空間３８と開放空間３９との間の近接部３２の径より大きくなっているので、シール側干渉空間３８に進入した水は、第３固定スリーブの近接部３２を構成する突起を伝い登らなければ近接部３２を通過して開放空間３９に進入することができない。このため、シール側干渉空間３８に進入した水は、しばらくシール側干渉空間３８の中に留まるが、加圧空間３７に導入され、開放空間３９へと流れる対象気体が軸受干渉空間３８内を吹き抜けるので、この対象気体の流れが水を蒸発させ、開放空間３９を介して開放連通路２８から水蒸気を大気に放出させる。
【００４１】
さらに、本実施形態では、開放空間３９のさらにリップシール２３側に、予備空間４０が形成されているので、不測の事態によって開放空間３９、さらに予備空間４０に水が進入しても、その予備空間４０が水をトラップする。さらに、万が一、予備空間４０に水が進入し、さらに軸受空間４２にごく僅かに水が進入しても、第３回転スリーブ１９に突出部４９が形成されているので、第２回転スリーブ１８を伝って移動する水を突出部４９によって押し留める。このため、水は、リップシール２３に到達することができず、リップシール２３を破損させることがない。
【符号の説明】
【００４２】
１…スクリュ圧縮機（水噴射式スクリュ圧縮機）
２…ケーシング
３…ロータ室
４…スクリュロータ
５…吸込流路
６…吐出流路
７…スクリュ軸
９…軸受軸封空間
１１…玉軸受
１５…シャフトスリーブ
１６…アウタスリーブ
１７…第１回転スリーブ
１８…第２回転スリーブ
１９…第３回転スリーブ
２０…第１固定スリーブ
２１…第２固定スリーブ
２２…第３固定スリーブ
２３…リップシール
２４…シールリング
２６…低圧連通路
２７…高圧連通路
２８…開放連通路
２９，３０，３１，３２，３３，３４…近接部
３５…流出空間
３６…ロータ側干渉空間
３７…加圧空間
３８…シール側干渉空間
３９…開放空間
４０…予備空間
４１…シール空間
４２…軸受空間
４３，４７，４８…貫通孔
４４…円盤部
４５…放射状部
４６…係止部
【図１】
0005425049.tif 000002
【図２】
0005425049.tif 000003