(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水が注入されるスクリューコンプレッサーの要素であって、ハウジング（１）内に軸受け取りつけされた二つの協同ローター（２、３）を有し、
このとき、前記ハウジング（１）がローター室（４）を限り、該ローター室内に、ローター（２、３）が配置され、該ローター室に水注入のための水回路（１１）が接続し、また該ローター室に入口（５）と出口（６）とが備えられ、またこのとき、ローター（２、３）が、どちらも入口側と出口側とにおいて、水によって潤滑される流体力学的ラジアルすべり軸受け（１８、１９、２５、２６）上に軸ジャーナルによって支持され、またローター（２、３）が、出口側に取りつけられたアキシアル軸受けによっても支持され、
またこのとき、軸ジャーナル（１３、１６）の横断端に対面する入口側に、少なくとも一つの室（２０、２１）が形成される、
スクリューコンプレッサーの要素において、
入口側においてのみ、軸ジャーナル（１３、１６）の横断端に対面するように形成された室（２０、２１）が、水分離機（８）に接続されている水導管（１０）又はローター室（４）に直接接続されており、そして、該室（２０、２１）内において、圧力がこのコンプレッサーの要素の出口圧力の少なくとも７０％に等しいことを特徴とするスクリューコンプレッサーの要素。
【請求項２】
各軸ジャーナル（１３、１６）の横断端に対面する入口側に、室（２０、２１）が形成され、また、各室（２０、２１）が、第１の水導管（１０）又はローター室（４）に直接接続されており、そして、該室（２０、２１）内において、圧力がこのコンプレッサーの要素の出口圧力の少なくとも７０％に等しいことを特徴とする請求項１に記載のスクリューコンプレッサーの要素。
【請求項３】
入口側の軸ジャーナル（１３、１６）の横断端に対面する室（２０、２１）が、水回路（１１）の該水導管（１０）に接続され、該部分には、実質的に、前記コンプレッサーの要素の出口圧力が加わっており、したがって流体がローター（２、３）に対する注入水となる、ことを特徴とする請求項１または２に記載のスクリューコンプレッサーの要素。
【請求項４】
入口側の軸ジャーナル（１３、１６）の横断端に対面する室（２０、２１）が、ローター室（４）の内部に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスクリューコンプレッサーの要素。
【請求項５】
入口側の流体力学的ラジアル軸受け（１８、１９）が二つの部分（１８Ａ、１８Ｂ；１９Ａ、１９Ｂ）を有し、このとき、ローター室（４）側の部分（１８Ａ、１９Ａ）が実際の軸受けを形成していて、圧力下の水供給源、好ましくは、実質的に前記コンプレッサーの要素の出口圧力が加わっている水回路（１１）の該水導管（１０）、に接続されており、一方、前記軸受け（１８、１９）の他の部分（１８Ｂ、１９Ｂ）がシールを形成していて、前記各軸受け（１８、１９）の各部分の間（１８Ａと１８Ｂとの間；１９Ａと１９Ｂとの間）に水と気体の漏出のための溝（４０，４１）及び導管（４４）が備えてある、ことを特徴とする請求項４に記載のスクリューコンプレッサーの要素。
【請求項６】
出口側の軸ジャーナル（１４、１７）のアキシアル軸受けが、流体力学的すべり軸受け（３７、３８）から成り、該軸受けが、実質的に出口圧力が加わっている水回路（１１）の該水導管（１０）に接続されている、ことを特徴とする請求項１から５の中のいずれか１つに記載のスクリューコンプレッサーの要素。
【請求項７】
出口側の軸ジャーナル（１４、１７）のアキシアル軸受けが流体静力学的軸受け（２７、２８）であって、該軸受けのそれぞれが、軸ジャーナル（１４、１７）を包囲していてローター（２、３）の本体（１２、１５）側のカラー（３０）にぴったりと合うリング（２９）を有しており、ハウジングの両側の環状室（３１、３２）が圧力下の水によって満たされており、また前記室が、実質的に出口圧力が加わっている水回路（１１）の該水導管（１０）に接続されている、ことを特徴とする請求項１から５の中のいずれか１つに記載のスクリューコンプレッサーの要素。
【請求項８】
前記コンプレッサーの要素の出口が水分離器（８）に接続されており、該水分離器（８）が水捕集器部分を備えており、該水捕集器部分が水回路（１１）の該水導管（１０）に接続されていることを特徴とする請求項３、６または７に記載のスクリューコンプレッサーの要素。
【請求項９】
雄のローター（３）が出口側から駆動されることを特徴とする請求項１から８の中のいずれか１つに記載のスクリューコンプレッサーの要素。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、水が注入されるスクリューコンプレッサーの要素(an element of a screw compressor injected with water)であって、
ハウジング内に軸受け取りつけされた(bearing-mounted)二つの協同ローターを有し、
このとき、前記ハウジングがローター室を限り、該ローター室内に、ローターが配置され、該ローター室に水注入のための水回路が接続し、また該ローター室に入口と出口とが備えられ、またこのとき、二つのローターが、どちらも入口側と出口側とにおいて、水によって潤滑される流体力学的ラジアルすべり軸受け上に軸ジャーナルによって支持され、また二つのローターが、出口側において軸方向にも支持され、
またこのとき、軸ジャーナルの横断端(the crosscut ends)に対面する入口側に、少なくとも一つの室が形成される、
スクリューコンプレッサーの要素、に関する。
【０００２】
水が注入されるそのようなコンプレッサー要素においては、ローターおよびその軸受けに対して、油の代りに水が潤滑剤として使用される。
【０００３】
この水に対しては、添加剤、たとえば防食剤および／または凝固点を下げる薬剤、を添加することができる。
【０００４】
前記のコンプレッサー要素により、一方では、簡単なやり方で油を含まない圧縮空気を得ることができ、またローターを冷却して、圧縮温度を制御下に保つことができて圧縮の効率が大きくなり、他方では、軸受けを油で潤滑する場合に発生しうる密封の問題を回避することができる。水はそのような軸受けに浸透することができず、また圧縮空気内への油の漏れが起りえないからである。
【０００５】
これらのコンプレッサー要素は、通常ころがり軸受けを使用する油潤滑コンプレッサーの場合と異なり、ローターの半径方向の位置決めのための流体力学的すべり軸受けと、軸方向の位置決めのための流体静力学的または流体力学的すべり軸受けとを有する。
【０００６】
水が加えられるアキシアルすべり軸受けは、圧縮気体によってローターに加えられる軸方向の力を吸収しなければならない。
【０００７】
このようなコンプレッサー要素は、ＷＯ ９９／１３２２４号明細書に記載されている。入口側、軸ジャーナルの各横断端に対面して、室が形成され、該室には、ローター室の入口から遠くないところに開口している排出管が接続される。
【０００８】
軸ジャーナルの横断端に対面する室は、ラジアル軸受けから制限要素を通ってやって来る水性潤滑液体を捕集する。したがって、これらの室は限られた圧力のもとにある。
【０００９】
さらに、入口側においても、軸ジャーナルまたはこれらの軸ジャーナルに取りつけられたリングに対面して、スペースが形成され、該スペースに対して、同じやり方で、入口の近くでローター室と連絡している排出管が接続される。
【００１０】
したがって、各ローターにおける軸方向の力は、ほとんどもっぱら、出口側のアキシアル軸受けによって吸収しなければならない。このアキシアル軸受けは、流体力学／流体静力学的複合軸受けである。
【００１１】
このアキシアル軸受けの直径は、ローター間の中心距離によって制限されるので、軸受けに発生させうる反作用力の大きさは軸受け内の水圧力によって決定される。
【００１２】
流体静力学的アキシアル軸受けの場合、前記軸方向の力を吸収するのに必要な供給圧力は、コンプレッサー要素の出口圧力よりも大きく、このような軸受けの場合、流体静力学的軸受けに対する水の供給圧力を増大させるために、特別にポンプが必要である。
【００１３】
流体力学的アキシアル軸受けの場合、十分な流体力学的圧力を作り出しうるためには、速度が十分大きくなければならず、そのため、一方では、この圧力に抗して始動させることができなくなり、また速度の大きさ、したがってコンプレッサーの作動範囲が強く制限される。
【００１４】
ＷＯ ９９／１３２２４号明細書に記載されているコンプレッサー要素においては、出口側のアキシアル軸受けが流体力学／流体静力学的複合軸受けなので、前記欠点はいくぶん小さくなるが、実際には、アキシアル軸受けへの供給のためにポンプが必要であり、このコンプレッサー要素は高圧下では作動しえない、ということがわかっている。
【００１５】
本発明の目的は、水潤滑軸受けを有する、水注入スクリューコンプレッサーの要素であって、
前記欠点を有さず、したがって、より効率の高い軸受けを可能にし、その結果、一方では、流体静力学的軸受けに供給するためのポンプの必要がなく、他方では、流体力学的アキシアル軸受けの場合、より大きな作動範囲を有する、
スクリューコンプレッサーの要素を提供することである。
【００１６】
前記目的は、本発明により、
入口側においてのみ、軸ジャーナルの横断端に対面するように形成された室が、このコンプレッサーの要素の出口圧力の少なくとも７０％に等しい圧力下の流体の供給源に直接接続される、
ようにすることによって、達成される。
【００１７】
入口側の横断端に対面する一つまたは複数の室内の圧力により、軸ジャーナルの横断端において出口側に向う軸方向の圧力が発生し、該圧力がローターによって圧縮された気体によって及ぼされる軸方向の力に対抗する。
【００１８】
好ましくは、入口側において、各軸ジャーナルに対面して一つの室が形成され、各室は、このコンプレッサー要素の出口圧力の少なくとも７０％に等しい圧力下の流体の供給源に直接接続される。
【００１９】
入口側の軸ジャーナルの横断端に対面する室は、実質的にコンプレッサー要素の出口圧力が加わっている水回路の部分に接続して、前記流体がローターに対する注入水であるようにすることができる。
【００２０】
本発明のもう一つの実施態様においては、前記室がローター室の内部に接続される。
【００２１】
この場合、水だけでなく、気体と水との混合物も、室に供給される。この室は、好ましくは、導管によってローター室に接続され、該導管は、ローター室の壁に、まだ割合に大量の水を含む気体と水との混合物が該導管を通って流れるような場所で、接続される。
【００２２】
出口側の軸ジャーナルのアキシアル軸受けは、流体力学的すべり軸受けによって構成することができ、該軸受けも、実質的に出口圧力が加わっている水回路の部分に接続することができ、したがってまた、そのようなすべり軸受けにより、水供給が簡単になる。
【００２３】
出口側の軸ジャーナルのアキシアル軸受けは、流体静力学的軸受けから成ることもでき、該軸受けの各々は、軸ジャーナルを包囲するリングを有し、また該リングは、ローター本体側の半径方向突出カラーに接続しており、このとき、ハウジングの両側の環状室は圧力下の水によって満たされており、また前記室は、実質的に出口圧力が加わっている水回路の部分に接続されている。
【００２４】
好ましくは、このコンプレッサー要素の出口は、水分離器に開口しており、実質的に出口圧力にある水回路の部分は、前記水分離器の水捕集器部分に接続されている導管である。
【００２５】
このコンプレッサー要素は出口側から駆動することができる。
【００２６】
本発明の特徴をより良く説明するために、以下、添付の図面を参照しつつ、本発明による、水が注入されるスクリューコンプレッサーの要素の好ましい実施形態について説明する。これらの実施形態は、単なる例であり、いかなる意味でも本発明を限定するものではない。
【００２７】
図１と２に示す、水が注入されるスクリューコンプレッサーの要素は、主として、ハウジング１と、二つの協同ローター、すなわち前記ハウジング１に軸受け取りつけされた雌のローター２および雄のローター３とから成る。
【００２８】
前述のように、水には添加剤を加えることができる。
【００２９】
ハウジング１はローター室４を包囲しており、該ローター室には、入口側と呼ばれる一つの遠端に、圧縮すべき気体のための入口開口から成る入口５が備えてあり、出口側と呼ばれるもう一つの遠端に、圧縮気体と注入水のための出口６が備えてある。
【００３０】
この出口６には、出口導管７が接続されており、該導管は、水分離器８に接続しており、該水分離器には、頂部に、圧縮気体のための排出導管９が開口しており、また前記水分離器には、底部に、水を通してローター室４に戻すための水導管１０が接続されており、該室には前記水導管１０が開口１０ａおよび１０ｂによって接続している。
【００３１】
水分離器８と水導管１０は、水回路１１の部分である。出口導管７内の圧力すなわち出口圧力は、このスクリューコンプレッサーの要素の正常運転中、割合に高いため、実質的に同じ出口圧力が水分離器８に加わっており、また水導管１０は、実質的にこのスクリューコンプレッサーの要素の出口圧力にある水回路１１の部分を構成している。
【００３２】
雌のローター２は、スクリュー本体１２と二つの軸ジャーナル１３および１４とを有し、また雄のローター３も、スクリュー形の本体１５と二つの軸ジャーナル１６および１７とを有している。
【００３３】
入口側では、ローター２および３の軸ジャーナル１３および１６は、水で潤滑される流体力学的すべり軸受け１８および１９によって、ハウジング１にラジアル軸受け取りつけされている。これらのすべり軸受け１８および１９が配置される場合、軸ジャーナル１３および１６には特殊なコーティングが施される。
【００３４】
軸ジャーナル１３および１６のそれぞれの横断端に対面して、ハウジング１の一つの端部２２に閉じた室２０および２１が形成され、これらの室は、直接水導管１０に、すなわち、出口圧力にある水回路１１の部分に、それぞれ枝管２３および２４によって接続されていて、したがってこのコンプレッサー要素の運転時に、圧力が前記軸ジャーナル１３および１６の横断端に加わるようになっている。
【００３５】
前記室２０および２１から軸ジャーナル１３および１６を通って漏出する漏れ水はローター室４に流れ、ラジアルすべり軸受け１８および１９に水を供給する。
【００３６】
出口側では、ハウジング１内のローター２および３の軸ジャーナル１４および１７が、それぞれ流体力学的すべり軸受け２５および２６によって半径方向に支持されており、またそれぞれ流体静力学的すべり軸受け２７および２８によって軸方向に支持されている。
【００３７】
流体静力学的アキシアルすべり軸受け２７および２８のそれぞれは、本体１２または１５の側にある軸ジャーナル１４または１７のカラー３０にぴったり合うリング２９を有し、またハウジング１内で該リング２９の半径方向に沿った両側面にそれぞれ形成される環状室３１および３２を有している。
【００３８】
二つの環状室３１および３２は、それぞれ導管３３および３３Ａによって水導管３４に接続され、該導管３４は、前記水導管１０、したがって水回路１１の出口圧力にある部分に、接続されている。
【００３９】
導管３３および３３Ａのそれぞれには、流体静力学的すべり軸受けで普通になされるように、制限要素３５が備えられている。
【００４０】
軸ジャーナル１７はハウジング１の外部に延びており、外部において、駆動装置（図１には示さない）に連結することができる。
【００４１】
雌のローター２はこの駆動装置には連結されないが、雄のローター３によって駆動される。
【００４２】
アキシアルすべり軸受け２８の外側において、軸ジャーナル１７はリップシール３６によってハウジング１のために密封されており、環状室３２からの漏れ水を止めるようになっている。
【００４３】
内部に向かう漏れ水(leak water)は、軸ジャーナル１７の流体力学的ラジアルすべり軸受け２６のための水を与える。
【００４４】
同様にして、アキシアルすべり軸受け２７の漏れ水は、流体力学的ラジアルすべり軸受け２５のための水を与える。
【００４５】
軸ジャーナル１７はハウジング１の外に突き出ているので、この軸ジャーナル１７の横断端にはもちろん室は形成できない。しかし、軸ジャーナル１４の横断端に対面して、一つの室が形成され、該室は、実質的にこのコンプレッサー要素の出口圧力にある水回路１１の部分に直接接続されている。
【００４６】
このコンプレッサー要素が始動すると、出口側の高い圧力、すなわち水分離器８内の圧力と実質的に一致する出口圧力が、ローター本体１２および１５に対して入口側に向いた軸方向力を及ぼす。これらの力は、入口側の軸ジャーナル１３および１６の先頭に作用する対抗圧力によって大部分打ち消される。室２０および２１内の水の圧力が出口圧力に等しいからである。
【００４７】
これは、アキシアルすべり軸受け２７および２８が打ち勝つべき力はほとんど残らないということ、またコンプレッサー要素の出口圧力にある水が前記流体静力学的アキシアルすべり軸受けに供給するのに十分なものであり、したがって特別なポンプの必要がないということを意味する。
【００４８】
導管３３または３３Ａ内の制限要素３５における圧力降下は、該要素を通る流量に依存する。この流量そのものはリング２９の位置に依存する。前記軸受けに軸方向の力が作用していない場合、リング２９したがって軸ジャーナル１４または１７は、釣合の位置をとり、その場合、リング２９の両側の流量はほとんど等しく、軸ジャーナル１４または１７の導管３３および３３Ａに備えられた二つの制限要素３５における圧力降下は、ほとんど等しい。
【００４９】
軸ジャーナル１４または１７の変位により、前記釣り合いが乱されるが、ただちに修正される。軸ジャーナル１４または１７に属する二つの環状室３１および３２に圧力差が発生するからである。
【００５０】
漏れ水は、軸ジャーナル１４および１７のまわりを通ってのみアキシアルすべり軸受け２７および２８から外側に流れることができるだけである。したがって、軸ジャーナル１７のまわりのリップシール３６には圧力が加わらない。
【００５１】
図３に示す実施形態は、軸ジャーナル１４および１７がそれぞれ流体力学的すべり軸受け３７および３８により出口側で軸方向に支持されているという点だけが前記実施形態と異なる。
【００５２】
また、この流体力学的すべり軸受け３７または３８は、公知の構造とすることができる。ローター２および３が回転すると、水のクッションが軸ジャーナル１４または１７を持ち上げる。水の圧力が非常に重要というわけではないが、構造的な観点から、やはりこれらのすべり軸受け３７および３８を導管３３および３３Ａにより水導管１０に接続するのが有利である。しかし、導管３３および３３Ａには、制限要素が備えられておらず、そのため、前記すべり軸受けには、水導管３４により、実質的にこのスクリューコンプレッサーの要素の出口圧力に等しい圧力にある水を供給することもできる。
【００５３】
図４に示す実施形態は主として次の点で図１に示す実施形態と異なる。すなわち、軸ジャーナル１３および１６の横断端に対面する、入口側の二つの室２０および２１は、枝管２３および２４によって水分離器８の水捕集部分に直接接続されてはおらず、ローター室４から独立の導管３９によって直接に供給されていて、これらの室２０および２１がこのコンプレッサー要素の出口圧力の７０％の圧力好ましくはそれよりも大きな圧力のもとにおかれるようにされる。
【００５４】
この導管は、出口側の端近くの壁を通って、ローター室４の内部に接続されており、したがって、導管３９を通って室２０および２１に流れる水と圧縮空気の混合物が、出口圧力の７０％よりも大きな圧力、好ましくはこの出口圧力にできるだけ近い圧力にあるようになっている。
【００５５】
出口導管７そのものへの枝管(branches)の作りつけは得策ではない。実質的に圧縮空気のみが室２０および２１に供給され、水がほとんど供給されないということになりうるからである。軸方向に見て出口６に近いが、ローター室４のケーシング上にあって、割合に多量の水を含む位置での枝分かれにより、空気と水の前記混合物が割合に多量の水を含み、それが軸ジャーナル２０および２１の潤滑に良い、ということが保証される。
【００５６】
図１〜３に示す実施形態の場合、流体力学的ラジアルすべり軸受け１８および１９には、室２０および２１からの漏れ水によって入口側に供給することができるが、すべり軸受け１８および１９へのこの供給の仕方は、空気と水の混合物が、図４に関して説明したようにして前記室２０および２１に供給されるときには、必要でない。
【００５７】
流体力学的圧力は迅速に変化しうるものであり、混合物中の空気は圧縮されうるので、この圧力変動は、空気の圧縮または膨張をもたらし、したがって軸受け表面が損傷しうる。
【００５８】
そのため、図４に示すように、軸受け１８および１９を二つに分割する。すなわち、ローター室４側のそれぞれの部分１８Ａと１９Ａ、および室２０および２１側のそれぞれの部分１８Ｂと１９Ｂ、に分割する。これらの分割は、軸ジャーナル１３のまわりにハウジング１の内部に備えられる部分１８Ａと１８Ｂとの間の管状溝４０、および軸ジャーナル１６のまわりにハウジング１の内部に備えられる部分１９Ａと１９Ｂとの間の管状溝４１、によってなされる。
【００５９】
部分１８Ａと１９Ａは、実際にすべり軸受けを構成し、それぞれ導管４２、４３によって、実質的に出口圧力にある水導管１１の部分１０に接続されており、これらの部分には、もつぱら、前記部分１０から圧力下の水が供給される。
【００６０】
すべり軸受け１８と１９の部分１８Ｂと１９Ｂは、シールとして作用し、導管３９を通ってローター室４から水とともに多過ぎる空気が流入するのを防ぐようになっている。そのような流入は効率の低下をもたらすからである。
【００６１】
二つの溝４０と４１は、一部共通の導管４４によってローター室４の入口側に接続されており、したがって部分１８Ｂと１９Ｂを通って漏れ出しうる空気と水がローター室４の入口側に排出されるようになっている。
【００６２】
本発明は、決して、添付の図面に示す前記実施形態に限定されるものではなく、そのような、水が注入されるスクリューコンプレッサーの要素は、本発明の範囲を逸脱することなく、あらゆる種類の変形によって製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるスクリューコンプレッサーの要素を模式的に示す図である。
【図２】  図１においてＦ２で示す部分を拡大した図である。
【図３】  図２に示すものと同様の部分を示す図であるが、別の実施形態に関するものである。
【図４】  図１に示すものと同様のスクリューコンプレッサーの要素を模式的に示す図であるが、本発明の別の実施形態に関するものである。
【符号の説明】
１  ハウジング
２  雌のローター
３  雄のローター
４  ローター室
５  入口
６  出口
７  出口導管
８  水分離器
９  排出導管
１０  水導管
１０ａ、１０ｂ  開口
１１  水回路
１２  スクリュー本体
１３、１４  軸ジャーナル
１５  スクリュー形本体
１６、１７  軸ジャーナル
１８  流体力学的すべり軸受け
１８Ａ  １８の部分
１８Ｂ  １８の部分
１９  流体力学的すべり軸受け
１９Ａ  １９の部分
１９Ｂ  １９の部分
２０、２１  室
２２  １の端部
２３、２４  枝管
２５、２６  流体力学的すべり軸受け
２７、２８  流体静力学的すべり軸受け
２９  リング
３０  カラー
３１、３２  環状室
３３、３３Ａ  導管
３４  水導管
３５  制限要素
３６  リップシール
３７、３８  流体力学的すべり軸受け
３９  導管
４０、４１  環状溝
４２、４３  導管
４４  導管
【図１】
0004081274.tif 000002
【図２】
0004081274.tif 000003
【図３】
0004081274.tif 000004
【図４】
0004081274.tif 000005