(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
雄ロータ及び雌ロータを有し、作動ガスを圧縮する圧縮機本体と、
駆動軸の軸受、駆動軸に取り付けられる駆動歯車及び前記雄ロータに取り付けられる被駆動歯車が収納されるギヤケースと、
前記雌ロータに配設され、前記ギヤケースに溜められる油を吸引するオイルポンプと、
を備えた油冷式スクリュー圧縮機。
【請求項２】
前記圧縮機本体は低圧段及び高圧段を有し、前記オイルポンプは低圧段に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の油冷式スクリュー圧縮機。
【請求項３】
低圧段の雄ロータ及び雌ロータと、
高圧段の雄ロータ及び雌ロータと、
駆動軸の軸受、駆動軸に取り付けられる駆動歯車、並びに、前記低圧段の雄ロータ及び前記高圧段の雄ロータに取り付けられる被駆動歯車と、
前記軸受、前記駆動歯車及び前記被駆動歯車が収納されるギヤケースと、
前記駆動軸の前記ギヤケースの外部に延在する部分に設けられる軸封機構と、
この軸封機構と前記それぞれのロータとの間にたまる油を吸引するオイルポンプとを備え、
前記オイルポンプが前記低圧段の雌ロータの軸端に配設された油冷式スクリュー圧縮機。
【請求項４】
前記オイルポンプの出口を、前記低圧段の吸込側、前記高圧段の吸込側、または高圧段の吐出側のいずれかに接続したことを特徴とする請求項３に記載の油冷式スクリュー圧縮機。
【請求項５】
前記雄ロータに前記駆動軸をオーバーハング状に取り付け、この駆動軸の一方側にのみこの駆動軸を支承する軸受を配設したことを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の油冷式スクリュー圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作動ガスの冷却に油を使用する油冷式のスクリュー圧縮機に係り、特に２段に構成された油冷式のスクリュー圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油冷式スクリュー圧縮機では、ロード運転中には雄ロータの回転に対し雌ロータが負荷となり、負荷トルクが作用する。そして、雌ロータが吸収するトルクは、雄ロータに与えられたトルクの５％程度と非常に小さい。一方、アンロード運転時には、雌ロータを回転方向に進めようとする負のトルクが発生する。そのため、雌ロータが本来の被駆動側歯面から離れる歯面分離現象が生じる。この歯面分離現象は一旦生じると、ロータの回転方向のギャップを限度として繰り返し生じやすい。この場合、周期的な回転速度変動となり、耳障りな騒音が発生する。そして、最悪の事態では、ロータの歯面損傷を引き起こす。
【０００３】
圧縮機をアンロード運転する方法には、吸込み絞り弁を閉止する方法と吸込絞り弁を閉止すると同時に吐出圧力を減圧する方法がある。このいずれの方法を用いても、アンロード運転時には雌ロータに働く負荷トルクが大幅に低下する。そのため、ロータの全回転角において負荷トルクをプラスに保つことが困難になり、歯面分離現象を生じ易くなる。
【０００４】
そこで、ロータの歯形を変えて歯面分離を起こりにくくしたスクリュー圧縮機が考えられている。また、スクリュー真空ポンプにおいて雌ロータに作用するトルクを常時負にし、これによりポンプの振動や騒音の発生を低減することが特開平２-２５２９９１号公報に記載されている。さらに、スクリュー圧縮機の雌ロータの軸端にダイナミックダンパーや減衰機構を取り付け、歯面分離の発生を防止することが特開昭５５−５７６８８号公報や特開昭５５−９６３９１号公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
大型の油冷式スクリュー圧縮機は消費電力が大きいので、高効率が得られる２段圧縮機が使用される。この２段の油冷式スクリュー圧縮機において、アンロード運転のために吸込側の弁を閉止すると、低圧段の吸込圧力は絶対圧力で０．０１MPa以下の真空圧まで低下する（以下本明細書中においては、圧力の表記は全て絶対圧力で行う）。それとともに、低圧段の吐出圧力も０．０３MPa程度となり、大気圧以下の圧力となる。一方、高圧段においては、吸込圧力が約０．０３MPaであり、吸込絞り方式を用いると吐出圧力は８MPa程度の圧力となる。したがって高圧段側は、単段機のアンロード運転条件に類似している。この場合、負のトルクが発生し、吸込圧力を極端に真空圧に近づけると、歯面分離により振動や騒音が発生しやすくなる。一方、低圧段側は圧縮機の吸込側および吐出側ともに大気圧より低い圧力となり、吐出側で雌ロータを被駆動歯面に押し付けるためのトルクがますます発生しにくい。そのため、高圧段よりさらに雌ロータが被駆動歯面から離れがちであり、歯面分離現象により騒音や振動が発生しやすい。
【０００６】
この歯面分離現象を抑制するために提案された上記種々の方法の中で、前記のロータの歯形を修正する方法では、吸込側および吐出側の圧力条件によっては、必ずしも雌ロータに負のトルクが発生するのを抑制できず、運転条件が限られるという不具合がある。また、特開平２−２５２９９１号公報に記載の方法は、圧縮機のアンロード運転に相当する状態のみが実行される真空ポンプでのみ成立するものであり、ロード運転とアンロード運転が繰返されるスクリュー圧縮機には不適である。
【０００７】
さらに、圧縮機の雌ロータ軸端にダイナミックダンパーや減衰機構を取り付けて歯面分離を防止する特開昭５５−５７６８８号公報および特開昭５５−９６３９１号公報に記載の方法では、トーションバーのチューニングや強度評価が困難であること、所望の減衰力および耐久性を得ることが困難であること等の不具合がある。
【０００８】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は油冷式スクリュー圧縮機において、低圧段の雌ロータの歯面分離振動の発生を抑制することにある。本発明の他の目的は、信頼性の高い油冷式２段スクリュー圧縮機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の第１の特徴は、雄ロータ及び雌ロータを有し、作動ガスを圧縮する圧縮機本体と、駆動軸の軸受、駆動軸に取り付けられる駆動歯車及び前記雄ロータに取り付けられる被駆動歯車が収納されるギヤケースと、前記雌ロータに配設され、前記ギヤケースに溜められる油を吸引するオイルポンプと、を備えたものである。そして好ましくは、圧縮機本体は低圧段及び高圧段を有し、オイルポンプを低圧段に設けたものである。
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の第２の特徴は、低圧段の雄ロータ及び雌ロータと、高圧段の雄ロータ及び雌ロータと、駆動軸の軸受、駆動軸に取り付けられる駆動歯車、並びに、前記低圧段の雄ロータ及び前記高圧段の雄ロータに取り付けられる被駆動歯車と、前記軸受、前記駆動歯車及び前記被駆動歯車が収納されるギヤケースと、前記駆動軸の前記ギヤケースの外部に延在する部分に設けられる軸封機構と、この軸封機構と前記それぞれのロータとの間にたまる油を吸引するオイルポンプとを備え、前記オイルポンプを前記低圧段の雌ロータの軸端に配設したものである。そして好ましくは、オイルポンプの出口を、前記低圧段の吸込側、前記高圧段の吸込側、または高圧段の吐出側のいずれかに接続するものである。なお、上記何れの特徴においても、前記雄ロータに駆動軸をオーバーハング状に取り付け、この駆動軸の一方側にのみこの駆動軸を支承する軸受を配設することが望ましい。
【００１１】
なお、オイルポンプを駆動する動力は常に低圧段の雌ロータの負荷として作用するから、負荷トルクが増大し負のトルクの発生を抑制できる。またこのオイルポンプにより生ずる負荷の大きさを、オイルポンプの出口を接続する位置を変えることにより変化させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明に係る油冷式スクリュー圧縮機の一実施例の模式図であり、作動ガス及び潤滑油の流れを併せ示す図、図２は本発明に係る油冷式スクリュー圧縮機の一実施例の上面図を断面で示した図、図３は図２に示した油冷式スクリュー圧縮機の正面図を断面で示した図である。
【００１３】
２段の油冷式スクリュー圧縮機は、低圧段４５及び高圧段５０を備えている。低圧段４５を構成する低圧段雄ロータ２および低圧段雌ロータ３は、円筒ころ軸受１５、１６により吸込側軸部を回転可能に支持され、アンギュラ玉軸受１３、１４により吐出側軸部を回転可能に支持されている。そして、円筒ころ軸受１５、１６及びアンギュラ玉軸受１３、１４はケーシング１内に保持されている。
【００１４】
作動ガスは吸込フィルタ６から吸込絞り弁７を経由して、低圧段雄ロータ２及び低圧段雌ロータ３に吸込まれる。吸込まれたガスに低圧段４５の圧縮過程で油が注入される。低圧段４５から吐出された作動ガスは、ケーシングの低圧段と高圧段に挟まれた空間である中間段通路３２へ流入する。この中間段通路３２中にも油が噴射され、圧縮ガスを冷却する。冷却された圧縮ガスは、高圧段雄ロータ４および高圧段雌ロータ５により形成される空間に吸込まれる。高圧段雄ロータ４および高圧段雌ロータ５は、円筒ころ軸受１９，２０により吸込側軸部を回転可能に支持され、アンギュラ玉軸受１７、１８により吐出側軸部を回転可能に支持される。低圧段の軸受と同様に、これらの軸受はケーシング１に保持される。高圧段雄ロータ４および高圧段雌ロータ５により、さらに所定の圧力まで昇圧された作動ガスは、高圧段吐出口３１から吐出される。
【００１５】
低圧段雄ロータ２と高圧段雄ロータ４には、それぞれ低圧段被駆動歯車１０と高圧段被駆動歯車１１が取り付けられている。さらに駆動軸３７には駆動歯車１２が取り付けられており、この駆動歯車を挟んで一方側を円錐ころ軸受２２が、他方側を円筒ころ軸受２１が回転可能に支持している。駆動軸３７がギヤケース２４の外部に延在している部分には軸封機構２３が設けられており、ギヤケース２４内の油が外部へ流出するのを防止している。低圧段および高圧段の吸込側の軸受１５、１６、１９、２０、駆動軸の軸受２２、２１、および歯車１０、１１、１２は潤滑油で強制潤滑されている。そして、軸受及び歯車を潤滑した後の油は、ギヤケース２４の下部に落下する。
【００１６】
低圧段４５の雌ロータ３の軸端にはオイルポンプ８が接続されている。このオイルポンプ８は雌ロータ３によって回転駆動される。ギヤケース２４の下部とオイルポンプ８の吸込口２５は配管２７で接続されており、ギヤケース２４の下部に溜まった潤滑油をオイルポンプ８が吸引する。オイルポンプ８の吐出口２６には配管２８が接続されており、ギヤケース下部から吸引した潤滑油は低圧段４５の吸込側に回収される。
【００１７】
オイルポンプ８が、ギヤケース２４内に油が充満することを防止する。それとともに、ギヤケース２４内は、オイルポンプ８の吸引作用により、ほぼ大気圧かそれより低い圧力に保持される。これにより、軸封装置２３に作用する圧力を低く抑えることができる。
【００１８】
油冷式２段スクリュー圧縮機は１５０ｋW以上の大型機が一般的であり、駆動軸３７も大型化する。特に図３に示したように、駆動軸３７にモータロータ３５をオーバーハング状に接続した場合、強度を確保するために駆動軸３７を太くしなければならない。その結果、軸封装置２３の軸封部の周速は速くなるので、軸封部の信頼性を確保するために、ギヤケース２４の内部の圧力を極力低く抑える必要がある。
【００１９】
以下、一般的な空気圧縮機の場合を例として説明する。この一般的な空気圧縮機の吐出圧力は０．８Mpaである。圧縮機がアンロード運転状態になると、吸込絞り弁７を閉状態にする。このとき、低圧段ロータ２，３の吸込側は、０．０１MPa前後の真空圧力に低下する。これとともに低圧段の吐出圧力も０．０３MPa程度の真空圧力になる。上述したように、全負荷状態においても雌ロータに吸収されるトルクは、雄ロータの入力トルクの５％程度である。したがって、圧力レベルが低下したアンロード運転状態では、低圧段の雌ロータでは被駆動歯面に押し付けるトルクがほとんど発生しない。その結果、ロータの回転位置によっては負のトルクが発生し、雌ロータは歯面分離振動をおこしやすくなり、圧縮機の騒音増大の大きな原因となる。  高圧段５０側においても同様な現象が発生しやすくなるが、アンロード運転時の高圧段の吐出圧力は低圧段の吐出圧力よりも必ず高いので、２段圧縮機の場合のアンロード時の騒音源は低圧段の雌ロータ３が主となる。そこで、本発明ではオイルポンプ８を低圧段雌ロータ３の回転軸に取付け、低圧段雌ロータ３に伝達されたトルクでオイルポンプ８を駆動している。
【００２０】
オイルポンプ８を低圧段雌ロータ３の回転軸に取付けることにより、ロード運転時でもアンロード運転時でも、一定のトルクが低圧段雌ロータ３部で消費される。オイルポンプ８は大形の圧縮機、特に図２及び図３に示した大径の駆動軸を有し、モータをオーバーハング状に取付けた圧縮機の軸封部の信頼性を向上させる上で不可欠である。したがって、この不可欠な部品の配置を変えるだけで、余分な動力を必要としないので、省エネルギの下に騒音の発生を低減できる。
【００２１】
ロード運転時における雌ロータへの伝達トルクは５％程度と小さいが、この小さい伝達トルクで歯面分離を防止できることは知られている。一方、アンロード運転時に雌ロータに発生する負のトルクは、ロータ歯形を適切に選定すれば、それ程大きくはない。したがって、アンロード運転時の負トルクをカバーし、さらにロード運転時の雌ロータへの伝達トルクに相当する分をオイルポンプの吸収トルクで補償することは十分可能である。これにより、雌ロータの歯面分離振動と騒音の増加を防止することができる。
【００２２】
図１において、オイルポンプ８の出口２６を、配管２８により圧縮機の吸込側に接続するか、あるいは配管２９により低圧段吐出側に接続するか、または配管３０を用いて高圧段吐出側に接続する。これにより、オイルポンプ８の吸収トルクを調整することが可能になる。つまり、ギヤケース２４の底部から回収した油をどの位置に戻すかによって、オイルポンプ８の出口２６の圧力が変化するので、吸収するトルクの調整が可能になる。オイルポンプ８の吸収トルクを調整する他の方法としては、オイルポンプ８の吸引能力を落とさない範囲内で、オイルポンプ出口２６側に流動抵抗を付加する方法がある。
【００２３】
以上述べたように本実施例によれば、圧縮機の吸込圧力が変化しても、吸込圧力の変化に応じた配管接続をすれば、低圧段雌ロータの負のトルク発生による歯面分離振動を防止でき、圧縮機の騒音の増大を防止できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、２段の油冷式スクリュー圧縮機において、アンロード時に低圧段の雌ロータに発生する歯面分離振動とそれに伴う騒音の発生を抑制できる。また、軸封部の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る油冷式スクリュー圧縮機の一実施例の模式図。
【図２】本発明に係る油冷式圧縮機の一実施例の縦断面図であり、その上面図。
【図３】図２に示した実施例の縦断面図であり、その正面図。
【符号の説明】
１；ケーシング、２；低圧段雄ロータ、
３；低圧段雌ロータ、４；高圧段雄ロータ、
５；高圧段雌ロータ、６；吸込フィルタ、
７；吸込絞り弁、８；オイルポンプ、
１０；低圧段被駆動歯車、
１１；高圧段被駆動歯車、１２；駆動歯車、
１３〜２２；軸受、２３；軸封、
２４；ギヤケース、２５；オイルポンプ入口、
２６；オイルポンプ出口、２７；油吸込配管、
２８〜３０；油出口配管、３１；高圧段吐出、
３２；低圧段吐出、３５；モータロータ、
３６；モータステータ、３７；駆動軸、
４５；低圧段、５０；高圧段。
【図１】
0004185598.tif 000002
【図２】
0004185598.tif 000003
【図３】
0004185598.tif 000004