(57)【要約】【課題】軸受に過剰な潤滑油が供給されないスクリュ圧縮機を提供する。【解決手段】スクリュロータ９，１０によって気体を圧縮し、潤滑油が供給されるスクリュ圧縮機は、スクリュロータ９，１０を収容するロータ室８と、スクリュロータ９，１０のロータ軸１７，１８を支持する軸受２０，２２を収容し、潤滑油を排出するための軸受排油流路３６，３７が開口する軸受空間３１，３２と、ロータ室８と軸受空間３０，３１の間に設けられ、注油流路３９を介して潤滑油が供給される圧油空間４０，４１と、圧油空間４０，４１と軸受空間３０，３１との間に設けられ、圧油空間４０，４１から潤滑油が漏出可能であり、軸受空間３０，３１に連通する中間空間４３，４４と、中間空間４３，４４を圧油空間４０，４１に対する潤滑油の供給圧力よりも低い圧力を有する低圧空間に連通させる中間排油流路４６とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリュロータによって気体を圧縮し、潤滑油が供給されるスクリュ圧縮機であって、
前記スクリュロータを収容するロータ室と、
前記スクリュロータのロータ軸を支持する軸受を収容し、前記潤滑油を排出するための軸受排油流路が開口する軸受空間と、
前記ロータ室と前記軸受空間の間に設けられ、注油流路を介して前記潤滑油が供給される圧油空間と、
前記圧油空間と前記軸受空間との間に設けられ、前記圧油空間から前記潤滑油が漏出可能であり、前記軸受空間に連通する中間空間と、
前記中間空間を前記圧油空間に対する前記潤滑油の供給圧力よりも低い圧力を有する低圧空間に連通させる中間排油流路とを有することを特徴とするスクリュ圧縮機。
【請求項２】
前記中間空間から前記軸受空間に流入する前記潤滑油の流量を制限する流量制限手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のスクリュ圧縮機。
【請求項３】
前記流量制限手段は、前記軸受空間と前記中間空間との間を区分する仕切板を含むことを特徴とする請求項２に記載のスクリュ圧縮機。
【請求項４】
前記低圧空間は、前記ロータ室の閉じ込み空間であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスクリュ圧縮機。
【請求項５】
前記軸受排油流路は、前記ロータ室の閉じ込み空間に連通す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スクリュ圧縮機。
【請求項６】
前記中間空間と前記低圧空間との間に、前記潤滑油の流量を制限する縮径部を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のスクリュ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリュ圧縮装機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１〜４に記載されているように、スクリュ圧縮機装置において、スクリュ圧縮機が吐出したガスから油分離器で潤滑油を分離し、分離した潤滑油を、オイルクーラで冷却してからスクリュ圧縮機の軸受部や軸封部に供給する技術がある。
【０００３】
特に、特許文献１に記載されているように、ロータ室からガスをロータ軸に沿って漏出させないために、ロータ室と軸受空間との間の軸封部にシールを補助する潤滑油を供給することが多い。この場合、軸封のために供給された潤滑油が軸封部から軸受側に漏出するため、この潤滑油によって軸受を潤滑し、軸受を潤滑した潤滑油を外部に排出するように構成される。
【０００４】
一般に、軸封部に必要な油量は、軸受を潤滑するために必要な油量よりもかなり多いので、軸受には必要以上に潤滑油が供給される。このため、軸受は、ロータ軸の回転にともなって、過剰に供給された潤滑油を撹拌し、流体抵抗によるエネルギー損失を生じる。
【０００５】
また、軸受と軸封部との間に、バランスピストンを設けて、潤滑油の圧力により圧縮ガスがロータ軸を吸込側に押圧する力を相殺する場合もある。この場合にも、バランスピストンとケーシングとの間の隙間から軸受側に漏出した潤滑油により、軸受の潤滑が行われるが、やはり、バランスピストンから軸受側に漏出する潤滑油の油量が軸受を潤滑するために必要な油量よりも多いため、潤滑油を撹拌して、エネルギー損失を生じさせる。
【０００６】
このように、スクリュ圧縮機のロータ軸に、特に、圧力が高い吐出側に、軸封部やバランスピストンのような潤滑油の圧力を作用させる機構を設けると、軸受に過剰な潤滑油が供給されて、軸受における撹拌ロスを生じるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−９１７９号公報
【特許文献２】特開平１０−１５９７６４号公報
【特許文献３】特開２０００−３３７２８２号公報
【特許文献４】特開２００５−３３７２４２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、軸受に過剰な潤滑油が供給されない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、本発明によるスクリュ圧縮機は、スクリュロータによって気体を圧縮し、潤滑油が供給されるスクリュ圧縮機であって、前記スクリュロータを収容するロータ室と、前記スクリュロータのロータ軸を支持する軸受を収容し、前記潤滑油を排出するための軸受排油流路が開口する軸受空間と、前記ロータ室と前記軸受空間の間に設けられ、注油流路を介して前記潤滑油が供給される圧油空間と、前記圧油空間と前記軸受空間との間に設けられ、前記圧油空間から前記潤滑油が漏出可能であり、前記軸受空間に連通する中間空間と、前記中間空間を前記圧油空間に対する前記潤滑油の供給圧力よりも低い圧力を有する低圧空間に連通させる中間排油流路とを有するものとする。
【００１０】
この構成によれば、圧油空間から中間空間に漏出した潤滑油の一部を中間排油流路を介して低圧空間に排出するので、中間空間から軸受空間に流入する潤滑油の量を少なくすることができる。このため、軸受が過剰な潤滑油を撹拌することによる動力損失の発生を抑制できる。
【００１１】
また、本発明のスクリュ圧縮機は、前記中間空間から前記軸受空間に流入する前記潤滑油の流量を制限する流量制限手段を備えてもよい。
【００１２】
この構成によれば、軸受空間の油量を適切な量に制限できるので、潤滑油の撹拌による動力損失を極小化できる。
【００１３】
また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記流量制限手段は、前記軸受空間と前記中間空間との間を区分する仕切板を含んでもよい。
【００１４】
この構成によれば、中間空間から軸受空間への潤滑油の流入を制限できるので、中間空間からの中間排油流路を介した排油を効果的に促進して、軸受における撹拌ロスを低減できる。
【００１５】
また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記低圧空間は、前記ロータ室の閉じ込み空間であってもよい。
【００１６】
この構成によれば、中間空間の潤滑油を圧縮過程の閉じ込み空間に排出するので、圧縮機の容積効率の低下を防ぐことができる。
【００１７】
また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記軸受排油流路は、前記ロータ室の閉じ込み空間に連通してもよい。
【００１８】
この構成によれば、軸受空間の潤滑油を圧縮過程の閉じ込み空間に排出するので、圧縮機の容積効率の低下を防ぐことができる。
【００１９】
また、本発明のスクリュ圧縮機は、前記中間空間と前記低圧空間との間に、前記潤滑油の流量を制限する縮径部を備えてもよい。
【００２０】
この構成によれば、中間空間の圧力が下がり過ぎず、軸受空間への給油が確保できる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、軸受空間と圧油空間との間に潤滑油を排出するための中間空間を設けたので、軸受空間に流入する潤滑油の油量を少なくして、撹拌ロスを防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の１つの実施形態のスクリュ圧縮機の構成図である。
【図２】図１のスクリュ圧縮機の低段吐出側の断面図である。
【図３】図１のスクリュ圧縮機の高段吐出側の断面図である。
【図４】スクリュ圧縮機の高段吐出側の変形例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の１つの実施形態の圧縮装置を示す。本実施形態の圧縮装置は、油冷式のスクリュ圧縮機１と、スクリュ圧縮機１が吐出した圧縮ガスから潤滑油を分離する油分離器２と、油分離器２が分離した潤滑油の一部を冷却するオイルクーラ３とを有する。
【００２４】
スクリュ圧縮機１は、外部から吸い込んだガスを圧縮する低段圧縮部４と、低段圧縮部４が圧縮したガスをさらに圧縮する高段圧縮部５とを有する２段圧縮機であり、低段圧縮部４および高段圧縮部５を駆動するモータ部６が一体となっている。低段圧縮部４、高段圧縮部５およびモータ部６は、一体に接続して形成された共通のケーシング７を有する。
【００２５】
低段圧縮部４は、ケーシング７に形成されたロータ室８に雌雄一対のスクリュロータ９，１０を収容してなり、スクリュロータ９，１０の回転によって、吸込流路１１からロータ室８にガスを吸い込んで圧縮し、接続流路１２に吐出する。高段圧縮部５は、ケーシング７に形成されたロータ室１３に雌雄一対のスクリュロータ１４，１５を収容してなり、スクリュロータ１４，１５の回転よって、接続流路１２からロータ室１３にガスを吸い込んで圧縮し、吐出流路１６に吐出する。
【００２６】
低段圧縮部４のスクリュロータ９および１０のロータ軸１７，１８は、それぞれ軸受１９，２０および２１，２２によって支持されている。同様に、高段圧縮部５のスクリュロータ１４および１５のロータ軸２３，２４は、それぞれ軸受２５，２６および２７，２８によって支持されている。
【００２７】
スクリュロータ９のロータ軸１７は、モータ部６の回転子の軸と一体であり、スクリュロータ１４のロータ軸２３とカップリング２９によって一体に接続されている。
【００２８】
図２に、低段圧縮部４の吐出側においてロータ軸１７，１８を支持する軸受２０，２２の保持および潤滑に係る構造を詳しく示す。ケーシング７は、軸受２０，２２の外輪が嵌合する円筒形の内壁を有し、軸受２０，２２を収容する軸受空間３０，３１を画定する。軸受空間３０，３１は、ロータ室８側の端部が仕切板３２，３３によって画定され、反対側の端部がエンドキャップ３４，３５によって画定されている。
【００２９】
仕切板３２，３３は、外周がケーシング７に密接しているが、その内周とロータ軸１７との間には、潤滑油が通過できる隙間を形成している。低段圧縮部４のロータ軸１７は、エンドキャップ３４の開口を貫通し、カップリング２９の低段圧縮部４側の端部も、エンドキャップ３４の開口の中に挿入されている。エンドキャップ３４，３５には、軸受空間３０，３１を接続流路１２に連通させる軸受排油流路３６，３７が形成されている。
【００３０】
ケーシング７は、ロータ室８の吐出側の端面を画定する壁部３８を備え、壁部３８の内径は、ロータ軸１７，１８との間にロータ軸１７，１８の回転を許容する最低限度の隙間を形成するような大きさである。この壁部３８には、ロータ軸１７に向かって開口する注油流路３９が形成されている。注油流路３９には、外部の配管を介して、油分離器２で分離された潤滑油が、高段圧縮部５の吐出圧力によって、オイルクーラ３を介して供給される（図１参照）。
【００３１】
ロータ軸１７，１８には、注油流路３９から供給される潤滑油を受け入れる圧油空間４０，４１を形成する溝が形成されている。圧油空間４０，４１は、壁部３８に設けた接続孔４２を介して互いに連通している。圧油空間４０，４１に供給された潤滑油は、ロータ室８からロータ軸１７，１８に沿って圧縮ガスが漏出しないように、壁部３８とロータ軸１７，１８との間の隙間をその圧力および粘性によって封止する軸封油として機能する。
【００３２】
また、ケーシング７は、壁部３８と仕切板３２，３３との間において、ロータ軸１７，１８との間に隙間を設けることによって、中間空間４３，４４を形成している。中間空間４３，４４は、ケーシング７に設けた接続孔４５を介して互いに連通している。さらに、ケーシング７には、中間空間４４に開口する中間排油流路４６が形成されている。中間排油流路４６は、外部の配管を介して、ロータ室８内のスクリュロータ９，１０によって隔離された低段圧縮部４の圧縮途中の閉じ込み空間（低圧空間）に連通する戻し流路４７に接続されている。戻し流路４７には、縮径した縮径部４８が設けられている。
【００３３】
以上の低段圧縮部４の吐出側の構成において、圧油空間４０，４１に供給された潤滑油は、ロータ軸１７，１８とケーシング７との隙間を介して、中間空間４３，４４に漏出し得る。中間空間４３，４４は、中間排油流路４６および戻し流路４７を介して、注油流路３９への潤滑油の供給圧力よりも低い圧力を有する低段圧縮部４の閉じ込み空間に連通しているため、中間空間４３，４４に漏出した潤滑油の多くは、中間排油流路４６から排出される。
【００３４】
しかしながら、中間排油流路４６が接続された戻し流路４７には、縮径部４８が設けられているので、中間空間４３，４４の内圧は、接続流路１２の内圧（低段圧縮部４の吐出圧力）と略同程度までしか低下しない。詳しくは、縮径部４８により、中間空間４３，４４に流入する潤滑油の流量に対して、中間空間４４と低圧空間との間の流路を流れる流量を少なく制限することができるので、中間空間４４と縮径部４８との間の流路（本実施形態においては、中間排油流路４６と外部の配管と戻し流路４７からなる流路）に潤滑油を充満させて中間空間４３，４４に対して潤滑油を適度に滞留させることができる。このため、圧油空間４０，４１から中間空間４３，４４に漏出した一部の潤滑油は、ロータ軸１７，１８と仕切板３２，３３との間の隙間を通って、軸受空間３０，３１に流入する。
【００３５】
ここで、仕切板３２，３３は、その内径を調節することによって、ロータ軸１７，１８と仕切板３２，３３との間の隙間の大きさを調整し、中間空間４３，４４から軸受空間３０，３１に流入する潤滑油の流量を制限する流量制限手段として機能する。これにより、軸受空間３０，３１の内部に滞留する潤滑油の量を、軸受２０，２２にとって必要最小限度に調節できる。この結果、ロータ軸１７，１８の回転にともなって、軸受２０，２２が潤滑油を撹拌することによる動力損失の発生を防止できる。
【００３６】
続いて、図３に、高段圧縮部５の吐出側においてロータ軸２３，２４を支持する軸受２６，２８の保持および潤滑に係る構造を詳しく示す。ケーシング７は、軸受２６，２８の外輪が嵌合する円筒形の内壁を有し、軸受２６，２８を収容する軸受空間４９，５０を画定する。軸受空間４９，５０は、ロータ室１３側の端部が仕切板５１，５２によって画定され、反対側の端部がエンドキャップ５３，５４によって封止されている。仕切板５１，５２は、外周がケーシング７に密接しているが、その内周とロータ軸２３，２４との間には、潤滑油が通過できる隙間を形成している。
【００３７】
ケーシング７には、エンドキャップ５３，５４に設けた開口を通して、軸受空間４９，５０の底部に側方から開口する軸受排油流路５５が形成されている。軸受排油流路５５は、ケーシング７に軸方向に延伸するように形成された連通流路５６を介して、ロータ室１３内のスクリュロータ１４，１５によって隔離された高段圧縮部５の圧縮途中の閉じ込み空間に連通する戻し流路５７に接続されている。
【００３８】
ケーシング７は、ロータ室８の吐出側の端面を画定する壁部５８を備え、壁部５８の内径は、ロータ軸２３，２４との間に最低限度の隙間を形成するような大きさである。この壁部５８には、ロータ軸２４に向かって開口する注油流路５９が形成されている。注油流路５９には、外部の配管を介して、高段圧縮部５の吐出圧力によって、油分離器２からオイルクーラ３を介して潤滑油が供給される（図１参照）。
【００３９】
ロータ軸２４には、注油流路５９から供給される潤滑油を受け入れる圧油空間６０を形成する溝が形成されている。ケーシング７は、壁部５８と仕切板５２との間のロータ軸２４の周囲に中間空間６１を画定している。一方、ロータ軸２３には、ケーシング７の円筒形の内壁に摺動可能に嵌合するバランスピストン６２が固定されている。バランスピストン６２は、ケーシング７とロータ軸２３との間の空間を、ロータ室１３側の圧油空間６３と、軸受２６側の中間空間６４とに区分する。また、ケーシング７には、ロータ軸２４の周囲の圧油空間６０とロータ軸２３周囲の圧油空間６３とを接続する接続流路６５、および、ロータ軸２４の周囲の中間空間６１とロータ軸２３の周囲の中間空間６４とを接続する接続孔６６が形成されている。また、ケーシング７には、中間空間６１に開口する中間排油流路６７が形成されている。中間排油流路６７は、外部の配管を介して戻し流路５７に接続されている。つまり、中間空間６１，６４は、中間排油流路６７および戻し流路５７を介して、高段圧縮部５の圧縮途中の閉じ込み空間（低圧空間）に連通している。
【００４０】
圧油空間６０，６３に供給された潤滑油は、ロータ室１３からロータ軸２４，２３に沿って圧縮ガスが漏出しないように、その圧力および粘性によって壁部５８とロータ軸２４，２３との間の隙間を封止する軸封油として機能する。また、圧油空間６３に供給された潤滑油は、その圧力によって、バランスピストン６２を軸受２３に向かって（吐出側に）押圧して、ロータ室１３内で圧縮されたガスがロータ軸２３を吸込側に押圧する力を相殺する。
【００４１】
圧油空間６０に供給された潤滑油は、ロータ軸２４とケーシング７との隙間を通って中間空間６２に漏出する。また、圧油空間６３に供給された潤滑油は、バランスピストン６２とケーシング７との隙間を通って中間空間６４に漏出する。中間空間６１，６４に漏出した潤滑油は、その多くが、中間排油流路６７および戻し流路５７を通って、圧油空間６０，６３に対する潤滑油の給油圧力よりも低圧の高段圧縮部５の閉じ込み空間に排出されるが、その一部分は、ロータ軸２３，２４と仕切板５１，５２との間の隙間を通って、軸受空間４９，５０に流入する。
【００４２】
ここでも、仕切板５１，５２は、中間空間６１，６４から軸受空間４９，５０に流入する潤滑油の流量を制限する流量制限手段として機能する。これにより、軸受空間４９，５０の内部に滞留する潤滑油の量を、軸受２６，２８にとって必要最小限度に調整し、軸受２６，２８がロータ軸２３，２４の回転にともなって潤滑油を撹拌することによる動力損失の発生を防止できる。
【００４３】
さらに、図４に、図３の変形例を示す。この変形例では、連通流路５６に、オリフィス６８が配設されている。このオリフィス６８は、連通流路５６を介して軸受空間４９，５０から排出される潤滑油の流量を制限し、軸受空間４９，５０に背圧を与えることによって、中間空間６１，６４から軸受空間４９，５０に流入する潤滑油の流量をさらに制限する第２の流量制限手段として機能する。連通流路５６に配設されるオリフィス６８は、ロータ軸２３，２４に嵌装される仕切板５１，５２と比べて、比較的容易に交換できるように設計し得る。したがって、オリフィス６８によって、軸受空間４９，５０に流入する潤滑油の流量をより簡単に調整できる。
【００４４】
以上の実施形態において、中間空間４３，４４および６１，６４のそれぞれが中間排油流路４６および６７のそれぞれを介して連通する低圧空間は、ロータ室８および１３の閉じ込み空間であるが、潤滑油の供給圧力よりも低い圧力を有する他の空間に連通させてもよい。また、軸受排油流路３６，３７および５５も、同様に、潤滑油の供給圧力よりも低い圧力を有する他の空間に連通してもよい。また、戻し流路４７に縮径部４８を設けて中間空間４３，４４に対して潤滑油を適度に滞留させているが、中間空間４４と縮径部４８との間の流路（本実施形態においては、中間排油流路４６と外部の配管と戻し流路４７からなる流路）自体の流路面積を調整して中間空間４３，４４に対して潤滑油を適度に滞留させてもよい。軸受排油流路５５は、エンドキャップ５３，５４にそれぞれ開口するように形成しているが、両軸受空間４９，５０を連通させるように、両エンドキャップ５３，５４の側面および両エンドキャップ間のケーシング７に連続する流通流路を形成して、下側にあるエンドキャップ５４のみに開口するように形成してもよい。また、オリフィス６８は、軸受空間４９，５０に所定の背圧を与えることができれば軸受排油流路５５に配設してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、上記実施形態のような２段スクリュ圧縮機に限られず、単段または多段の油冷式スクリュ圧縮機全般に広く適用可能である。また、本発明のスクリュ圧縮機および圧縮装置は、冷凍機やヒートポンプの構成要素として利用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１…スクリュ圧縮機
２…油分離器
３…オイルクーラ
４…低段圧縮部
５…高段圧縮部
７…ケーシング
８…ロータ室
９，１０…スクリュロータ
１２…接続流路
１３…ロータ室
１４，１５…スクリュロータ
１７，１８…ロータ軸
２０，２２，２６，２８…軸受
３０，３１…軸受空間
３２，３３…仕切板（流量制限手段）
３６，３７…軸受排油流路
３９…注油流路
４０，４１…圧油空間
４３，４４…中間空間
４６…中間排油流路
４７…戻し流路
４８…縮径部
４９，５０…軸受空間
５１，５２…仕切板（流量制限手段）
５５…軸受排油流路
５６…連通流路
５７…戻し流路
５９…注油流路
６０，６３…圧油空間
６１，６４…中間空間
６２…バランスピストン
６７…中間排油流路
６８…オリフィス（流量制限手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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