(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油とともに吐出された圧縮ガスから油を分離回収し、一旦下部の油溜まり部に溜め、油分離された圧縮ガスを送り出す油分離回収器を吐出流路に設ける一方、スクリュロータの両側に延びるロータ軸をラジアル軸受により回転可能に支持して入力軸を吸込側のロータ軸とし、吐出側のロータ軸を上記ラジアル軸受よりもスクリュロータから離れた位置にてスラスト軸受により回転可能に支持するとともに、上記スラスト軸受よりもスクリュロータから離れた位置にて上記ロータ軸にバランスピストンを取り付け、かつ上記スラスト軸受とこのバランスピストンとの間に圧力遮断する仕切り壁を設け、このバランスピストンの仕切り壁側の空間に、上記油溜まり部の油を加圧することなく導く均圧流路を設けて形成したことを特徴とする油冷式スクリュ圧縮機。
【請求項２】
上記吐出流路に圧力検出可能に圧力検出器を設け、上記均圧流路に圧力調節弁と、この均圧流路の圧力を検出するとともに、上記圧力検出器から検出圧力を示す圧力信号を受けて、上記吐出流路の圧力と上記均圧流路の圧力との差圧が予め定めた範囲内の値になるように上記圧力調節弁の開度を調節する圧力調節計とを設けて形成したことを特徴とする請求項１に記載の油冷式スクリュ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリュロータに作用するスラスト力を軽減するようにした油冷式スクリュ圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スクリュロータに作用するスラスト力を軽減するようにした図６〜図１０に示すスクリュ圧縮機が公知である。
まず、図６，７に示す油冷式スクリュ圧縮機は、一方が吸込流路１に、他方が吐出流路２に接続した圧縮機本体３および吐出流路２に設けた油分離回収器４の下部の油溜まり部５から油ポンプ６を経由して圧縮機本体３内の軸受，軸封部等の給油箇所に通じる油供給流路７により形成されている。さらに詳説すれば、図７に示すように、圧縮機本体３内には、互いに噛合う雌雄一対のスクリュロータ１１，１２が、各々の両側に延びるロータ軸にてラジアル軸受１３，１４により回転可能に支持されている。図７において、左側が吸込側で、右側が吐出側になっており、左側の二つの矢印は吸込ガスの流入、右側の矢印は吐出ガスの流出を示している。
【０００３】
また、図７に示す圧縮機の場合、雄ロータ１２の左側に延びるロータ軸が図示しないモータによる回転駆動力を受ける入力軸１５となっている。さらに、雌ロータ１１、雄ロータ１２の吐出側のラジアル軸受１４の右側のロータ軸にはスラスト軸受１６が設けてあり、かつラジアル軸受１４とスラスト軸受１６との間のロータ軸にはスクリュロータ１１，１２に作用するスラスト力、即ち吐出側から吸込側に向かう方向に作用するスラスト力を軽減するバランスピストン１７が設けてある。
【０００４】
図６に示すように、多少の圧力変化はあるとしても、基本的には、吸込流路１は吸込圧力Ｐs、吐出流路２は吐出圧力Ｐd、油供給流路７の油ポンプ６の一次側は吐出圧力Ｐd、油ポンプ６の二次側は給油圧力Ｐd＋α（α＞０）の状態にあり、各圧力の大小関係はＰs＜Ｐd＜Ｐd＋αとなっている。
そして、油ポンプ６から給油圧力Ｐd＋αの油が圧縮機本体３内の軸受，軸封部（但し、軸封部は図示せず）に送られ、かつバランスピストン１７のラジアル軸受１４側の面に作用して、上記スラスト力を軽減するようになっている。
【０００５】
図８に示す油冷式スクリュ圧縮機は、図６，７に示す油冷式スクリュ圧縮機が単段であるのに対して、２段式のものである点を除き、基本的には図６，７に示す圧縮機本体３と同一構造のものをカップリング２１によりタンデムに結合しただけのものである。したがって、図８に示す油冷式スクリュ圧縮機において、図６，７に示す油冷式スクリュ圧縮機に対応する部分については、互いに同一番号を付し、特に２段目の圧縮機の部分については同一番号に添え字ａを付して、説明を省略する。
なお、１段目の圧縮機本体１から吐出された圧縮ガスは※印の部分から＊印の部分に流動し、２段目の圧縮機本体３ａにて圧縮され吐出流路２へと吐出される。この圧縮機の場合も、バランスピストン１７，１７ａのラジアル軸受１４，１４ａ側の面に給油圧力Ｐd＋αの油が作用する。
【０００６】
図９に示すスクリュ圧縮機は、図７に示す圧縮機とは、図面上、入力軸１５を吐出側に配置した点、バランスピストン１７を入力軸１５とは反対側の吸込側に配置した点を除き、他は実質的に同一であり、互いに対応する部分については同一番号を付して説明を省略する。
そして、図９においてバランスピストン１７の左側の面、即ちラジアル軸受１３とは反対側の面に圧力を作用させて、上記スラスト力を軽減するようになっている。
【０００７】
図１０に示すスクリュ圧縮機は、図９に示すスクリュ圧縮機が単段であるのに対して、２段式のものである点を除き、基本的には図９に示す圧縮機本体３と同一構造のものをカップリング２１によりタンデムに結合しただけのものである。したがって、図１０に示すスクリュ圧縮機において、図９に示すスクリュ圧縮機に対応する部分については、互いに同一番号を付し、特に２段目の圧縮機の部分については同一番号に添え字ａを付して、説明を省略する。
なお、上記同様、１段目の圧縮機本体１から吐出された圧縮ガスは※印の部分から＊印の部分に流動し、２段目の圧縮機本体３ａにて圧縮され吐出流路２へと吐出される。この圧縮機の場合も、バランスピストン１７，１７ａのラジアル軸受１３，１３ａとは反対側の面に圧力を作用させるようになっている。
この場合、バランスピストン１７とカップリング２１との間に、圧力遮断する仕切り壁３１が必要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図６，７に示すスクリュ圧縮機の場合、ラジアル軸受１４と隣合わせでバランスピストン１７を配置した構造になっており、かつバランスピストン１７のラジアル軸受１４側の面が受圧面になっている。このため、バランスピストン１７において受圧のための十分な表面積を確保するのが難しい。また、圧縮機の起動後は、ラジアル軸受１３，１４には給油圧力Ｐｄ＋αが常に作用する一方、起動直後、或はアンロード運転時等のように圧縮機の負荷が小さくスラスト力が小さい場合がある。このような場合、吐出側から吸込側に向かう方向にスクリュロータ１１，１２に作用する力より大きい力がバランスピストン１７に作用し、いわゆる逆スラスト荷重状態となりスクリュロータ１１，１２を吐出側に押すようになる。スクリュロータ１１，１２の吐出側端面とこれらを収容するロータ室との間の隙間は、圧縮機の性能の向上のためにできるだけ狭くしてあり、軸受摩耗が進行した状態下では、スクリュロータ１１，１２とロータ室の壁部とが接触し、破損事故を起こしかねないという問題がある。
【０００９】
また、図６，７に示す圧縮機本体３と同一構造のものをタンデムに結合した図８に示す圧縮機の場合、第１段の圧縮機本体３の吐出口から第２段の圧縮機本体３ａの吸込口まで外部配管によることなく、ケーシング内に形成した流路で連絡させることができるが、上述した問題が生じることには変わりはない。
図９に示す圧縮機の場合、吐出側のスラスト軸受部の径は、入力軸１５の径、ラジアル軸受１４の径によって決まるため、内径の大きなスラスト軸受１６を採用せざるを得ない。その結果、スラスト軸受１６の負荷容量を大きくすることができないという問題がある。
【００１０】
また、図９に示す圧縮機本体３と同一構造のものをタンデムに結合した図１０に示す圧縮機の場合、第１段の圧縮機本体３の吐出口から第２段の圧縮機本体３ａの吸込口までケーシング内に流路を形成するのは無理で、外部配管によらざるを得ず、圧縮機の構造が複雑かつ全体が嵩高になる他、第１段の圧縮機本体３からの吐出ガスの脈動に起因する振動，騒音が大きくなるという問題がある
本発明は、斯る従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、バランスピストンの受圧面積を大きくし、負荷容量の大きなスラスト軸受を採用し、逆スラスト荷重状態の発生をなくし、単純かつコンパクトな構造で、振動，騒音の小さいスクリュ圧縮機を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１発明は、油とともに吐出された圧縮ガスから油を分離回収し、一旦下部の油溜まり部に溜め、油分離された圧縮ガスを送り出す油分離回収器を吐出流路に設ける一方、スクリュロータの両側に延びるロータ軸をラジアル軸受により回転可能に支持して入力軸を吸込側のロータ軸とし、吐出側のロータ軸を上記ラジアル軸受よりもスクリュロータから離れた位置にてスラスト軸受により回転可能に支持するとともに、上記スラスト軸受よりもスクリュロータから離れた位置にて上記ロータ軸にバランスピストンを取り付け、かつ上記スラスト軸受とこのバランスピストンとの間に圧力遮断する仕切り壁を設け、このバランスピストンの仕切り壁側の空間に、上記油溜まり部の油を加圧することなく導く均圧流路を設けて形成した。
【００１２】
また、第２発明は、上記吐出流路に圧力検出可能に圧力検出器を設け、上記均圧流路に圧力調節弁と、この均圧流路の圧力を検出するとともに、上記圧力検出器から検出圧力を示す圧力信号を受けて、上記吐出流路の圧力と上記均圧流路の圧力との差圧が予め定めた範囲内の値になるように上記圧力調節弁の開度を調節する圧力調節計とを設けて形成した。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の一形態を図面にしたがって説明する。
図１〜３は、第１発明の第１の実施形態に係るスクリュ圧縮機を示し、図６，７に示すスクリュ圧縮機と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この圧縮機の場合、油ポンプ６の一次側にて油供給流路７から分岐させた均圧流路８が設けてあり、油ポンプ６の二次側に続く油供給流路７の部分はラジアル軸受１３，１４の箇所に導き、均圧流路８はバランスピストン１７の箇所に導くように形成してある。この圧縮機本体３内の構造について、さらに詳説すれば、図２，３に示すように、圧縮機本体３の吐出側のロータ軸に、スクリュロータ１１，１２側から順番に、ラジアル軸受１４、スラスト軸受１６、バランスピストン１７を設けるとともに、スラスト軸受１６とバランスピストン１７との間に仕切り壁３１を設けてある。この仕切り壁３１は内周部に軸封手段３２を備え、スラスト軸受１６を収容している空間Ａとバランスピストン１７を収容している空間Ｂとを圧力遮断して、空間Ｂを、入力軸１５，スラスト軸受１６，ラジアル軸受１３，１４等の他の構成要素とは独立させてある。
【００１４】
そして、空間Ａには吸込圧力Ｐsを導き、空間Ｂのバランスピストン１７のスラスト軸受１６側の面には均圧流路８により吐出圧力Ｐdを導いている。
上述したように、入力軸１５を吸込側に配置してあるためスラスト軸受部の径はラジアル軸受１４、入力軸１５の径によって左右されず、スラスト軸受１６の内径を小さくして、その負荷容量を大きくすることができる。また、空間Ｂを他の構成要素から独立させてあるので、バランスピストン１７の軸径、外径を他の構成要素に左右されることなく定めることができる。
バランスピストン１７に作用する力Ｆは、次式で表される。
Ｆ＝（Ｄ2−ｄ2）・（π／４）×Ｐd
ここで、Ｄはバランスピストン１７の外径、ｄはバランスピストン１７の軸径であり、したがって、十分にスラスト力を軽減するためには、力Ｆを大きくすればよく、そのためには（Ｄ2−ｄ2）を大きくして、バランスピストン１７の必要な受圧面積を確保すればよい。即ち、バランスピストン１７の外径Ｄを大きく、軸径ｄを小さくすればよい。
【００１５】
また、この圧縮機では、バランスピストン１７には吐出圧力Ｐdを作用させるようにしてあり、上記力Ｆは吐出圧力に比例するため、上述した圧縮機の起動直後、アンロード運転時等のように、吐出側から吸込側に向かう方向にスクリュロータ１１，１２に作用する力が小さい場合には、力Ｆも小さくなり、逆スラスト荷重状態が発生せず、軸受の摩耗時でもスクリュロータ１１，１２とロータ室の壁部との接触事故は防止される。
【００１６】
図４は、第１発明の第２の実施形態に係る油冷式スクリュ圧縮機を示し、このスクリュ圧縮機は、図１〜３に示す油冷式スクリュ圧縮機が単段であるのに対して、２段式のものである点を除き、基本的には図１〜３に示す圧縮機本体３と同一構造のものをカップリング２１によりタンデムに結合しただけのものである。したがって、図４に示す油冷式スクリュ圧縮機において、図１〜３に示す油冷式スクリュ圧縮機に対応する部分については、互いに同一番号を付し、特に２段目の圧縮機の部分については同一番号に添え字ａを付して、説明を省略する。
なお、上記同様、１段目の圧縮機本体１から吐出された圧縮ガスは※印の部分から＊印の部分に流動し、２段目の圧縮機本体３ａにて圧縮され吐出流路２へと吐出される。この圧縮機の場合も、バランスピストン１７，１７ａのラジアル軸受１４，１４ａ側の面に吐出圧力Ｐdの油が作用する。
【００１７】
この圧縮機の場合も、図１〜３に示す圧縮機と同様に、負荷容量の大きいスラスト軸受１６，１６ａの採用、バランスピストン１７，１７ａの大きな受圧面積の確保、上記接触事故の防止が可能になる他、第１段の圧縮機本体３の吐出口から第２段の圧縮機本体３ａの吸込口まで外部配管によることなく、ケーシング内に形成した内部流路により連絡させ易い構造となっている。そして、この内部流路の採用により、圧縮機の構造が単純かつコンパクトになり、振動，騒音も低減する。
【００１８】
図５は、第２発明に係るスクリュ圧縮機を示し、図１に示すスクリュ圧縮機と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この圧縮機では、吐出流路２に圧力検出可能に圧力検出器４１を設け、均圧流路８に圧力調節弁４２と、この均圧流路８の圧力を検出するとともに、圧力検出器４１から検出圧力を示す圧力信号を受けて、上記吐出流路の圧力と上記均圧流路の圧力との差圧が予め定めた範囲内の値になるように圧力調節弁４２の開度を調節する圧力調節計４３とが設けられている。
斯る構成により、バランスピストン１７に作用する圧力の調整が可能となり、逆スラスト荷重の発生を防ぎ、スラスト軸受１６に作用する力を最適な状態に維持でき、安定した圧縮機の運転が可能となる。
なお、この図５に示す圧縮機は単段のものを示したが、この圧力検出器４１，圧力調整弁４２および圧力調整計４３を設けたものを２段形の圧縮機にも適用できることは勿論である。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、第１発明によれば、油とともに吐出された圧縮ガスから油を分離回収し、一旦下部の油溜まり部に溜め、油分離された圧縮ガスを送り出す油分離回収器を吐出流路に設ける一方、スクリュロータの両側に延びるロータ軸をラジアル軸受により回転可能に支持して入力軸を吸込側のロータ軸とし、吐出側のロータ軸を上記ラジアル軸受よりもスクリュロータから離れた位置にてスラスト軸受により回転可能に支持するとともに、上記スラスト軸受よりもスクリュロータから離れた位置にて上記ロータ軸にバランスピストンを取り付け、かつ上記スラスト軸受とこのバランスピストンとの間に圧力遮断する仕切り壁を設け、このバランスピストンの仕切り壁側の空間に、上記油溜まり部の油を加圧することなく導く均圧流路を設けて形成してある。
このため、バランスピストンの受圧面積を大きくし、負荷容量の大きなスラスト軸受を採用し、逆スラスト荷重状態の発生をなくし、単純かつコンパクトな構造で、振動，騒音を低減させることができる等の効果を奏する。
【００２０】
また、第２発明によれば、上記吐出流路に圧力検出可能に圧力検出器を設け、上記均圧流路に圧力調節弁と、この均圧流路の圧力を検出するとともに、上記圧力検出器から検出圧力を示す圧力信号を受けて、上記吐出流路の圧力と上記均圧流路の圧力との差圧が予め定めた範囲内の値になるように上記圧力調節弁の開度を調節する圧力調節計とを設けて形成してある。
このため、第１発明による効果に加えて、バランスピストンに作用する圧力の調整が可能となり、逆スラスト荷重の発生を防ぎ、スラスト軸受に作用する力を最適な状態に維持でき、安定した圧縮機の運転が可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１発明の第１の実施形態に係るスクリュ圧縮機の全体構成を示す図である。
【図２】  図１に示す圧縮機の内部構造を示す図である。
【図３】  図１に示す圧縮機のスラスト軸受、バランスピストンの部分を拡大して示した断面図である。
【図４】  第１発明の第２の実施形態に係るスクリュ圧縮機の内部構造を示す図である。
【図５】  第２発明に係るスクリュ圧縮機の全体構成を示す図である。
【図６】  従来のスクリュ圧縮機の全体構成を示す図である。
【図７】  図６に示す圧縮機の内部構造を示す図である。
【図８】  図６に示す圧縮機本体と同様の構造のものをタンデムに結合した従来のスクリュ圧縮機の内部構造を示す図である。
【図９】  従来の別のタイプのスクリュ圧縮機の内部構造を示す図である。
【図１０】  図９に示す圧縮機本体と同様の構造のものをタンデムに結合した従来のスクリュ圧縮機の内部構造を示す図である。
【符号の説明】
２  吐出流路                    ３，３ａ  圧縮機本体
４  油分離回収器                ５  油溜まり部
８  均圧流路                    １１，１２  スクリュロータ
１３，１４  ラジアル軸受        １５  入力軸
１６  スラスト軸受              １７  バランスピストン
３１  仕切り壁                  ４１  圧力検出器
４２  圧力調節計                ４３  圧力調節弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003766725.tif 000010
【図１０】
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