JP7539828B2 - Shaft seal structure of oil-cooled screw compressor - Google Patents
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Description
本発明は油冷式スクリュ圧縮機の軸封構造に関し,より詳細には,油冷式スクリュ圧縮機のスクリュロータに設けた吐出側ロータ軸と軸孔間の間隔を介してロータ室の圧縮気体が漏出することを防止するための軸封部の構造に関する。 The present invention relates to a shaft seal structure for an oil-cooled screw compressor, and more specifically, to a shaft seal structure for preventing compressed gas from leaking from the rotor chamber through the gap between the discharge side rotor shaft and the shaft hole provided in the screw rotor of an oil-cooled screw compressor.
油冷式スクリュ圧縮機100は,ケーシング内に形成されたロータ室111内にオス,メス一対のスクリュロータ140,150を噛み合い回転可能に収容し,前記一対のスクリュロータ140,150の噛み合い回転により被圧縮気体を潤滑油と共に圧縮して気液混合流体として吐出するもので,各種の気体の圧縮に使用されている。
The oil-cooled
この油冷式スクリュ圧縮機100は,前述のように被圧縮気体を潤滑油と共に圧縮して気液混合流体として吐出するものであることから,空気作業機等が接続された消費側に対し圧縮気体を供給するためには,油冷式スクリュ圧縮機100が吐出した気液混合流体から潤滑油を除去する必要がある。
As described above, this oil-cooled
そのため,図6に示すように,エンジンやモータなどの駆動源210によって駆動することにより油冷式スクリュ圧縮機100が吐出した気液混合流体は,一旦,レシーバタンク220内に導入して気液分離した後,潤滑油が分離された後の圧縮気体を,逆止弁221を介して消費側に供給する構成が採用されている。
As shown in FIG. 6, the oil-cooled
一方,レシーバタンク220内に回収された潤滑油はレシーバタンク220内の圧力を利用してオイルフィルタ222,オイルクーラ223を備える給油配管224を介して,再度,圧縮機本体に給油する構成が採用されている。
On the other hand, the lubricating oil recovered in the
このようにして油冷式スクリュ圧縮機100に給油された潤滑油は,圧縮作用空間内に給油されて,圧縮作用空間の潤滑,冷却,及び密封のために使用される他,軸封部や軸受,歯車機構等の,油冷式スクリュ圧縮機100内の潤滑が必要とされる部分に給油されて各部の潤滑や密封に使用されている。
The lubricating oil supplied to the oil-cooled
この油冷式スクリュ圧縮機100では,スクリュロータ140,150をロータ室111内で噛み合い回転することができるようにするために,スクリュロータ140,150の両端にはロータ軸141,142(151,152)が形成されていると共に,ケーシング内に形成された軸孔内にロータ軸を挿入して,この軸孔と連通する軸受室132に収容した軸受170で各ロータ軸141,142(151,152)を回転可能に支承している。
In this oil-cooled
そして,スクリュロータ140(150)の噛み合い回転によってロータ室111内で圧縮された圧縮気体が,スクリュロータ140(150)の吐出側ロータ軸142(152)の外周面と軸孔131の内周面間の間隔から漏出することを防止するために,吐出側ロータ軸142(152)を支承する軸受170を収容する軸受室132と,ロータ室111間には,前述した軸封部134が設けられている。
Then, to prevent the compressed gas compressed in the
この軸封部134の構成として,後掲の特許文献1では,図7に示すように吐出側の軸受170を収容する軸受室132とロータ室111間の吐出側ロータ軸142(152)の外周面に,周方向に連続して形成された無端環状の給油溝137を設けている。
As shown in FIG. 7, in the configuration of the
そして,この給油溝137に,前述したレシーバタンク220からの潤滑油を,給油配管224,及び,給油流路193を介して給油することで,この潤滑油によってロータ軸142の外周面と軸孔131の内周面間の隙間Δ’を封止し,この隙間Δ’を介してロータ室111より圧縮気体が漏出することを防止している。
Then, lubricating oil from the
そして,給油溝137を介してロータ軸142の外周面と軸孔131の内周面間の隙間Δ’に導入した潤滑油を軸受室132側に漏出させることで,軸受170に対する給油についても行うことができるように構成されている。
The lubricating oil introduced into the gap Δ' between the outer circumferential surface of the
以上で説明した特許文献1に記載の軸封部134では,前述の隙間Δ’を介してロータ室111の圧縮気体が軸受室132へ漏出しないように油冷式スクリュ圧縮機の吐出圧と略同圧の潤滑油をロータ軸142(152)の外周面に設けた給油溝137に給油することで,この潤滑油の圧力と,ロータ室111より漏出しようとする圧縮気体の圧力が前述の隙間Δ’内で釣り合って,ロータ室111内の圧縮気体が隙間Δ’を通過することを防止する。
In the
ロータ軸142(152)の給油溝137に対して給油する潤滑油は,前述したように油冷式スクリュ圧縮機100の吐出圧と略同圧であるため,高圧設定の油冷式スクリュ圧縮機100のようにロータ室111内で圧縮された圧縮気体の圧力が高くなると,ロータ軸142(152)の給油溝137に対する給油圧力もこれに応じて高くなる。
The lubricating oil supplied to the
その結果,給油溝137に対する給油圧力の上昇分,給油溝137に対し軸受室132側のロータ軸142の外周面と軸孔131の内周面間の隙間Δ’を介して軸受170側に流入する潤滑油量,従って,軸受170に対する給油量が必要以上に増大する。
As a result, the amount of lubricating oil flowing into the
このように,軸受170に対し必要量以上の潤滑油が給油されれば,軸受170が潤滑油を攪拌することに伴って生じる回転抵抗が増加することで油冷式スクリュ圧縮機100の動力ロスが増加する。
In this way, if more lubricating oil than necessary is supplied to the
また,軸受170を潤滑した後の潤滑油は,軸受170に対し機外側に設けられた潤滑油回収室135内に回収されるが,この潤滑油回収室135に回収された潤滑油を,潤滑油回収室135よりも低圧である吸気閉じ込み直後の圧縮作用空間に給油して回収する構成を採用する場合,圧縮作用空間に導入される潤滑油量も増加することとなるために,スクリュロータ140(150)がこのような増加分の潤滑油を攪拌することによって生じる動力ロスも大きくなる。
In addition, the lubricating oil after lubricating the
このように,軸受170に対し過剰に給油が行われることを防止する方法としては,一例として図8に示すように,軸受室132とロータ室111間のロータ軸142に円筒状のスペーサ136を取り付け,このスペーサ136の外周面に前述の給油溝137を設けると共に,この給油溝137に対しロータ室111側のスペーサ136の外周面と,軸受室132側のスペーサ136の外周面に,断面矩形状を有し,周方向に連続して形成された無端環状のラビリンス溝138’,139を複数形成することで,このスペーサ136にラビリンスシールとしての機能を持たせることも考えられる。
As an example of a method for preventing excessive oil supply to the
この構成では,給油溝137から軸受室132側に向かってスペーサ136の外周面と軸孔131の内周面間の隙間Δを通過する潤滑油は,図8(B)に示すようにラビリンス溝139間に形成された絞り部と,ラビリンス溝139内に形成された拡大部を交互に通過することにより生じる圧力損失によって,軸受170側に流入する潤滑油の量を減少させることが可能となる。
In this configuration, the lubricating oil passing through the gap Δ between the outer peripheral surface of the
しかし,この構成により,給油溝137に対する給油圧力を低下させることなく高圧設定の油冷式スクリュ圧縮機100の軸受170に対する給油量を減少させようとした場合,油冷式スクリュ圧縮機100の吐出側圧力の上昇分に対応した大幅な圧力損失を発生させるためにスペーサ136の外周面に多数のラビリンス溝139を形成することが必要で,このスペースを確保するために,スペーサ136の長さを長くする必要がある等,寸法変化等を伴った軸封部134の大幅な設計の見直しが必要となる。
However, if this configuration is used to reduce the amount of oil supplied to the bearing 170 of the oil-cooled
そのため,スペーサ136の長さの変更等,軸封部134の大幅な設計変更を伴うことなく,例えば軸封用のスペーサ136の交換だけで,より効率的に軸受170に対する給油量を減らすことができる軸封構造が要望される。
Therefore, there is a demand for a shaft seal structure that can more efficiently reduce the amount of oil supplied to the
ここで,軸受室132側に対する潤滑油の流入量を減少させるために,給油溝137内に潤滑油を供給する給油流路193を絞ることも考えられる。
Here, in order to reduce the amount of lubricating oil flowing into the
しかし,給油溝137に対する給油量が減少すると,給油溝137内の圧力がロータ室111より漏出しようとする圧縮気体の圧力に抗することができなくなり,その結果,ロータ室111からの圧縮気体の漏出を防止できなくなる。
However, if the amount of oil supplied to the
そこで,図8に示すように給油溝137に対しロータ室111側のスペーサ136外周面にも,断面矩形状のラビリンス溝138’を設け,ロータ室111から漏出する圧縮気体にも圧力損出を生じさせることで,給油溝137に対し給油する潤滑油の圧力を低下させることも考えられる。
As shown in FIG. 8, a labyrinth groove 138' with a rectangular cross section is provided on the outer peripheral surface of the
しかし,給油溝137に対しロータ室111側に位置するスペーサ136の外周面と軸孔131内周面間の隙間Δには,図8(C)に示すようにロータ室111側から圧縮気体が導入されるだけでなく,給油溝137側からの潤滑油が導入される。
However, in the gap Δ between the outer peripheral surface of the
そして,この隙間Δ内において両流体の圧力が釣り合うと,ロータ室111の圧縮気体が前述の隙間Δを通過できなくなり、軸受室132への漏出防止が図れるが,図8(C)に示したように,断面矩形状,従って左右対称形状のラビリンス溝138’を設けた場合,このラビリンス溝138’は,ロータ室111から給油溝137側に向かう圧縮気体に圧力損失を生じさせるだけでなく,給油溝137からロータ室111側へ向かう潤滑油にも圧力損失を生じさせることになるため,断面矩形状のラビリンス溝138’を設けたとしても給油溝137内に潤滑油を供給する給油流路を絞って給油溝137に対する潤滑油の給油量を低下させてしまうと,ロータ室111からの圧縮気体の漏出を防止することができなくなる。
When the pressures of both fluids are balanced in this gap Δ, the compressed gas in the
そこで,本発明の発明者は,給油溝137に対しロータ室111側に位置するスペーサ136の外周面に形成するラビリンス溝138’の断面形状を工夫することにより,給油溝137側からロータ室111側へ向かう潤滑油に対するよりも,ロータ室111側から給油溝137側に向かう圧縮気体に対してより大きな圧力損出を生じさせることができれば給油溝137に対する給油圧力を低下させた場合であってもロータ室111からの圧縮気体の漏出を防止できるのではないかとの考えの下,鋭意研究を重ね,本発明の完成に至った。
The inventors of the present invention therefore conducted extensive research and completed the present invention, based on the idea that if a greater pressure loss could be caused in the compressed gas flowing from the
このように,本発明は,ロータ室からの圧縮気体の漏出を防止するという軸封部の機能を維持しつつ,軸封部に対する給油量を減少させてもロータ室内の圧縮気体が軸受室側へ漏出することを防ぐことが可能であり,従って,軸封部に隣接して設けられた軸受に対する給油量の制御幅を広げることができる油冷式スクリュ圧縮機の軸封構造を提供することを目的とする。 In this way, the present invention aims to provide a shaft seal structure for an oil-cooled screw compressor that can prevent compressed gas in the rotor chamber from leaking into the bearing chamber even if the amount of oil supplied to the shaft seal is reduced, while maintaining the function of the shaft seal to prevent leakage of compressed gas from the rotor chamber, and therefore can widen the range of control over the amount of oil supplied to the bearings located adjacent to the shaft seal.
以下に,課題を解決するための手段を,発明を実施するための形態で使用する符号と共に記載する。この符号は,特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態の記載との対応を明らかにするために記載したものであり,言うまでもなく,本発明の技術的範囲の解釈に制限的に用いられるものではない。 Below, the means for solving the problem are described together with the reference symbols used in the description of the embodiment of the invention. These reference symbols are described to clarify the correspondence between the description of the claims and the description of the embodiment of the invention, and needless to say, are not used in a restrictive manner in interpreting the technical scope of the present invention.
上記目的を達成するために,本発明の油冷式スクリュ圧縮機1の軸封構造は,
ケーシング2内に形成されたロータ室11内にオス,メス一対のスクリュロータ40,50を噛み合い状態で回転可能に収容し,前記ケーシング2に前記スクリュロータ40,50の吐出側ロータ軸42,52を挿入する軸孔31と,該軸孔31と連通し,前記吐出側ロータ軸42,52を支承する軸受70,70を収容する軸受室32とを形成し,前記ロータ室11と前記軸受室32との間で前記吐出側ロータ軸42,52の外周面と前記軸孔31の内周面間の隙間Δを封止する軸封部34を備えた油冷式スクリュ圧縮機の軸封構造において,
前記軸受室32,32と前記ロータ室11間の前記吐出側ロータ軸42,52の外周面及び/又は前記ロータ軸42,52の収容位置における前記軸孔31の内周面(図示の例ではロータ軸42,52に外嵌されてロータ軸42,52の外周面を成すスペーサ36の外周面)に,周方向に連続する無端環状の給油溝37を形成すると共に,前記ケーシング2内に該給油溝37に潤滑油を給油する給油流路93を設け,
前記給油溝37側から前記ロータ室11側に向かって徐々に拡大することにより前記給油溝37側から前記ロータ室11側に向かう潤滑油に対するよりも,前記ロータ室11側から前記給油溝37側に向かう圧縮気体に対してより大きな圧力損失を生じさせる断面形状を有し,周方向に連続する無端環状のラビリンス溝38を,前記給油溝37に対し前記ロータ室11側に位置する前記ロータ軸42,52の外周面及び/又は前記軸孔31の内周面(図示の例ではロータ軸42,52の外周面を成すスペーサ36の外周面)に,所定間隔で複数平行に設けたことを特徴とする(請求項1,図3~5参照)。
In order to achieve the above object, the shaft seal structure of the oil-cooled
A shaft seal structure for an oil-cooled screw compressor, in which a pair of male and
an endless annular
The
前記軸受室32,32と前記ロータ室11間の前記吐出側ロータ軸42,52に外嵌されて,該位置における前記吐出側ロータ軸42,52の外径を拡大する円筒状のスペーサ36を設け,該スペーサ36の外周面を前記吐出側ロータ軸42,52の前記外周面とするものとしても良い(請求項2)。
A
前記ラビリンス溝38を,更に前記給油溝37に対し前記軸受室32側に位置する前記吐出側ロータ軸42,52の外周面及び/又は前記軸孔31の内周面(図示の例では吐出側ロータ軸42,52の外周面を成すスペーサ36の外周面)に対しても所定間隔で複数平行に設けるものとしても良い(請求項3,図3参照)。
The
又は,上記構成に代えて,断面矩形状を成し,周方向に連続する無端環状の矩形ラビリンス溝39を,前記給油溝37に対し前記軸受室32側に位置する前記吐出側ロータ軸42,52の外周面及び/又は前記軸孔31の内周面(図示の例では吐出側ロータ軸42,52の外周面を成すスペーサ36の外周面)に所定間隔で複数平行に設けるものとしても良い(請求項4,図4参照)。
Alternatively, instead of the above configuration, a
更に,前記給油溝37に対し前記軸受室32側の前記吐出側ロータ軸42,52の外周面(図示の例では吐出側ロータ軸42,52の外周面を成すスペーサ36の外周面)と前記軸孔31の内周面は,いずれも平滑面としてラビリンス溝を設けない構成としても良い(請求項5,図5参照)。
Furthermore, the outer peripheral surface of the discharge
以上で説明した本発明の構成により,本発明の油冷式スクリュ圧縮機1の軸封部34では,以下の顕著な効果を得ることができた。
By using the configuration of the present invention described above, the
軸受室32側からロータ室11側に向かって徐々に拡大する断面形状を有し,周方向に連続する無端環状のラビリンス溝38を,前記給油溝37に対し前記ロータ室11側に位置する吐出側ロータ軸42,52の外周面及び/又は前記軸孔31の内周面(図示の例では吐出側ロータ軸42,52の外周面を成すスペーサ36の外周面)に,所定間隔で複数平行に設けた構成(図3~図5参照)を採用したことで,給油溝37に対する給油量を絞って給油溝37内の潤滑油の圧力を,ロータ室11より漏出する圧縮気体の圧力よりも低く設定した場合であっても,ロータ室11からの圧縮気体の漏出を防止することができた。
By adopting a configuration (see Figures 3 to 5) in which a plurality of endless
このように,給油溝37に対する給油量の減少が可能となったことで,軸封部34に隣接して設けられた軸受70に対する給油量を減少させることが可能で,高圧設定の油冷式スクリュ圧縮機1においても軸受70に対し過剰に潤滑油が給油されることを防止することができた。
In this way, it is possible to reduce the amount of oil supplied to the
その結果,軸受70が過剰に給油された潤滑油を攪拌することにより生じる動力ロスの発生や,軸受70に過剰に供給された潤滑油を圧縮作用空間内に回収することにより,スクリュロータ40,50が攪拌する潤滑油量が増加することにより生じる動力ロスの発生を防止することができた。
As a result, it is possible to prevent power loss caused by the bearing 70 stirring up excess lubricating oil, and by recovering excess lubricating oil supplied to the
また,給油溝37に対しロータ室11側に前述したラビリンス溝38を形成するだけでなく,給油溝37に対し軸受室32側にも同様の構造のラビリンス溝38を形成する構成(図3参照)を採用し,又は,断面矩形状の矩形ラビリンス溝39を形成する構成(図4参照)を採用することで,給油溝37に対し軸受室32側に位置する吐出側ロータ軸42,52の外周面(図示の例では吐出側ロータ軸42,52の外周面を成すスペーサ36の外周面)と軸孔31の内周面間の隙間Δを介して軸受室32側に漏出する潤滑油の漏出量を減少させることができ,前述した給油溝37に対する給油量の減少との相乗効果によって更に軸受70に対する給油量を減少させることも可能である。
In addition to forming the
更に,前記給油溝37に対し前記軸受室32側の前記吐出側ロータ軸42,52の外周面(図示の例では吐出側ロータ軸42,52の外周面を成すスペーサ36の外周面)と前記軸孔31の内周面を,いずれも平滑面とする構成(図5参照)を採用することにより,前述した給油溝37に対する給油量の減少のみで軸受70に対する給油量を減少させる構成としても良く,給油溝37に対し軸受室側の部分で採用する構成を図3~図5に示した構成中より適宜選択して組み合わせることにより,軸受70に対する給油量を細かく調整することも可能である。
Furthermore, by adopting a configuration in which the outer peripheral surface of the discharge
次に,本発明の実施形態につき添付図面を参照しながら説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
〔油冷式スクリュ圧縮機の全体構成〕
図1及び図2中の符号1は,本発明の軸封構造が適用される油冷式スクリュ圧縮機であり,この油冷式スクリュ圧縮機1は,外殻を成すケーシング2を備えている。
[Overall configuration of oil-cooled screw compressor]
このケーシング2は,ロータケーシング10と,このロータケーシング10の吸入側端部に取り付けられあるいはこれと一体に形成される吸入側ケーシング20と,ロータケーシング10の吐出側端部に取り付けられる吐出側ケーシング30を備えており,このうちのロータケーシング10内に形成されたロータ室11内にオス・メス一対のスクリュロータ40,50が噛み合い回転可能に収容されている。
The
このロータケーシング10の吸入側端部に取り付けた吸入側ケーシング20にはスクリュロータ40,50の吸入側ロータ軸41,51を収容する軸孔が形成され,この軸孔と連通して形成された軸受室21,22内に軸受60,60を収容し,この軸受60,60にオス,メスの各スクリュロータ40,50の吸入側ロータ軸41,51が支承されている。
The
また,この吸入側ケーシング20には,ギヤ室23が形成されており,このギヤ室23内には,オス,メスいずれかのスクリュロータ40,50に対して,図示せざるモータやエンジン等の駆動源からの回転駆動力を増速して入力する増速装置80が収容されている。
The
この増速装置80は,一例としていずれか一方のスクリュロータ40又は50の吸入側ロータ軸(本実施形態にあってはオスロータ40の吸入側ロータ軸41)に固着された従動歯車81と,この従動歯車81に対して回転駆動力を伝達する駆動歯車82,及び前記駆動歯車82に駆動源で発生した回転駆動力を入力する駆動軸83を備え,前記駆動歯車82に対して従動歯車81を小径とすることにより,駆動軸83を介して入力された回転駆動力が増速されてオスロータ40の吸入側ロータ軸41に伝達され,スクリュロータ40,50を増速回転させることができるように構成されている。
As an example, this
なお,本発明の油冷式スクリュ圧縮機1において,上記増速装置80及び上記ギヤ室23は必須の構成ではなく,油冷式スクリュ圧縮機1の外部に増速装置を設けたり,駆動源からの回転駆動力を増速することなくそのままの回転速度で入力したりする場合など,増速装置80及びギヤ室23を設けない場合には,オス・メスいずれか一方の吸入側ロータ軸,例えばオスロータ40の吸入側ロータ軸41を,ケーシングを貫通させて機外に突設し,これを駆動軸としてエンジンやモータからの回転駆動力を入力するように構成しても良い。
In addition, in the oil-cooled
ロータケーシング10の吐出側端部は,オスロータ40及びメスロータ50の吐出側ロータ軸42,52を収容する軸孔31,31を備えた吐出側ケーシング30で覆われており,スクリュロータ40,50の吐出側ロータ軸42,52を,前記吐出側ケーシング30の軸孔31,31と連通して形成された軸受室32,32内に収容された軸受70で支承している。
The discharge side end of the
なお,前述の吸入側ケーシング20には吸気口24が形成されており(図2参照),この吸気口24を介して導入された被圧縮気体が,オス・メス一対のスクリュロータ40,50とロータ室11の内壁によって画成される圧縮作用空間内に導入されて潤滑油と共に圧縮され,吐出側ケーシング30に設けられた吐出口33(図2参照)を介して機外に吐出されるように構成されている。
The
この油冷式スクリュ圧縮機1のロータケーシング10の底部には,図6を参照して説明したレシーバタンク220からの給油配管224が連通される給油口12(図2参照)が設けられていると共に,この給油口12に連通して,ケーシングの肉厚内には,油冷式スクリュ圧縮機1内の給油を必要とする各部に対して潤滑油を給油する給油流路91,92,93が形成されている。
The bottom of the
図示の実施形態では,図2に示すように,給油口12より3方向に分岐された給油流路91,92,93を設け,そのうちの1つ91を吸気閉込後の圧縮作用空間に連通して,圧縮作用空間に潤滑,冷却,及び密封のための潤滑油を給油することができるように構成している。
In the illustrated embodiment, as shown in FIG. 2,
また,残りの給油流路の一方92は,ロータケーシング10の肉厚内を吸入側に向かって延びて吸入側ケーシング20内に至り,この吸入側ケーシング20内において増速装置80が収容されたギヤ室23内に潤滑油を噴射する給油ノズル25に連通されており,これによりギヤ室23内に収容された増速装置80や,ギヤ室23に連通して設けられた軸受室21,22内に収容された軸受60,60等を潤滑することができるように構成されている。
In addition, one of the remaining
このギヤ室23は,図示せざる連通路によってロータ室11と連通しており,ギヤ室23内に所定の油面高さ以上に溜まった潤滑油は,この連通孔(図示せず)を介してロータ室11内に導入されて被圧縮気体と共に圧縮されるように構成されている。
This
更に,給油流路の残りの1つ93は,図2に示すようにロータケーシング10の肉厚内を吐出側に延びた後,吐出側ケーシング30内に至り吐出側ロータ軸42,52の軸線と直交する方向に向きを変えて,吐出側の軸封部34,34と,この軸封部34,34に隣接して設けられた軸受70,70に対し潤滑油を供給することができるように構成されている。
Furthermore, the remaining
この吐出側の軸封部34,34と軸受70,70を潤滑した潤滑油は,軸受70,70に対し機外側に設けられた潤滑油回収室35に導入され,この潤滑油回収室35に連通する潤滑油回収流路94(図1参照)を介して圧縮作用空間に回収されるように構成されている。
The lubricating oil that lubricates the shaft seals 34, 34 and the
〔軸封構造〕
図1及び図2を参照して説明した油冷式スクリュ圧縮機1の吐出側ケーシング30には,吐出側ロータ軸42,52を収容するための軸孔31,31が設けられていると共に,この軸孔31,31と連通して設けた軸受室32,32に収容された軸受70,70によって,吐出側ロータ軸42,52が回転可能に支承されている。
[Shaft seal structure]
The
そして,この軸受室32,32とロータ室11間には,ロータ室11からの圧縮気体の漏出を防止するための前述の軸封部34,34が設けられている。
The aforementioned shaft seals 34, 34 are provided between the bearing
図3に,オスロータ40の吐出側ロータ軸42に設けた軸封部34の構成例を示す。
Figure 3 shows an example of the configuration of the
図3に示すように,軸封部34において吐出側ロータ軸42の外径が軸孔31の内径に対し僅かに小さく形成されており,この部分の吐出側ロータ軸42の外周面と軸孔31の内周面間の隙間Δが狭められていると共に,後述するようにこの隙間Δに潤滑油を給油して封止することで,ロータ室11から圧縮気体の漏出が防止されている。
As shown in FIG. 3, the outer diameter of the discharge-
軸封部34における吐出側ロータ軸42の外径は,該位置の吐出側ロータ軸42自体の外径を軸孔31の内径に対し僅かに小さく形成するものとしても良いが,図3に示す実施形態では,この位置の吐出側ロータ軸42に軸封用の円筒状のスペーサ36を外嵌し,このスペーサ36によって吐出側ロータ軸42の外径を拡張してスペーサ36の外周面と軸孔31の内周面間を前述の隙間Δとしても良く,この場合,スペーサ36の外周面が,吐出側ロータ軸42の外周面となる。
The outer diameter of the discharge
このスペーサ36は,軸孔31の内周面と非接触の状態で吐出側ロータ軸42と共に回転するよう,吐出側ロータ軸42の外周に取り付けられており,このスペーサ36の外周面と軸孔31の内周面間に生じた隙間Δに潤滑油を給油してこの隙間Δを塞ぐことでロータ室11からの圧縮気体の漏出を防止すると共に,この隙間Δを介して軸受室32側に潤滑油を漏出させることで,軸受70に対する給油を行うことができるように構成されている。
This
このスペーサ36の軸線方向における中間位置の外周面には,周方向に連続する無端環状の給油溝37が形成されていると共に,吐出側ケーシング30内において吐出側ロータ軸42の軸線方向に対し直交方向に形成された前述の給油流路93を,この給油溝37と連通させて,給油溝37に対しレシーバタンクより圧送された潤滑油を給油することができるように構成されている。
A continuous endless annular
前述のスペーサ36の外周面のうち,少なくとも給油溝37よりもロータ室11側に位置する部分には,軸受室32側からロータ室11側に向かって徐々に拡大する断面形状を有し,周方向に連続する無端環状に形成されたラビリンス溝38が,所定間隔で複数(図示の例では4つ)平行に設けられており,該部分のスペーサ36の表面が,全体として断面鋸歯状に形成されている。
At least in the portion of the outer circumferential surface of the
図3に示した実施形態では,このような断面形状を有するラビリンス溝38を給油溝37に対し軸受室32側に位置するスペーサ36の外周面にも同様に所定間隔で複数(図示の例では5つ)平行に設けている。
In the embodiment shown in FIG. 3,
このように,軸受室32側からロータ室11側に向かって徐々に拡大する断面形状を有するラビリンス溝38を形成することで,給油溝37に対する給油量を減少させて給油溝37内の潤滑油の圧力を,ロータ室11より漏出しようとする圧縮気体の圧力よりも低い圧力とした場合であっても,ロータ室11からの圧縮気体の漏出を防止することができた。
In this way, by forming a
ここで,給油溝37に供給されて,給油溝37から軸受室32側に向かって流れる潤滑油は,図3(B)に拡大図で示すように,ラビリンス溝38間に形成された絞り部を通過した後,ラビリンス溝38内に形成された拡大部に至り流路が急激に拡大することで,図8(B)を参照して説明した矩形の断面を有するラビリンス溝を設けた場合と同様,絞られた状態から急激に拡大する流路を繰り返し通過することで圧力損失が生じ,これを繰り返すことで軸受室32に向かって隙間Δを通過する潤滑油量を減らすことができる。
The lubricating oil that is supplied to the
同様に,ロータ室11側から給油溝37側に向かって,スペーサ36の外周面と軸孔31の内周面間の隙間Δを通過しようとする圧縮性流体である圧縮気体も,図3(C)に示すように絞り部から拡大部に至り急激に拡大する流路を通過して給油溝37側に移動することで,断面が矩形のラビリンス溝を設けた場合と同様,圧縮された状態から急激に膨張するとともにこれを繰り返すことで大きな圧力損失を受けることになる。
Similarly, the compressed gas, which is a compressible fluid attempting to pass through the gap Δ between the outer peripheral surface of the
しかし,給油溝37からロータ室11側に向かう非圧縮性流体である潤滑油は,絞り部から拡大部に至り徐々に拡大する流路を通過することで,流速が低下する一方,圧力が上昇するものとなっており(ベルヌーイの定理),これらが繰り返し起きることで,「圧縮気体の圧力 ≦ 潤滑油の圧力」という状態になり,ロータ室からの圧縮気体の漏出防止が可能となる。
However, as the lubricating oil, which is an incompressible fluid flowing from the
その結果,絞り部から拡大部に至り流路面積が急激に拡大する側をロータ室11側,絞り部から拡大部に至り流路面積が徐々に拡大する側を軸受室32側として吐出側ロータ軸42にスペーサ36を取り付けることで,給油溝37に対する給油圧力を,ロータ室11より漏出しようとする圧縮気体の圧力よりも低い圧力とした場合であっても,ロータ室11より漏出する圧縮気体の圧力に対抗させることが可能となり,ロータ室11からの圧縮気体の漏出を防止できる。
As a result, by attaching the
このように給油溝37に対する給油量を減少させることができたことで,本発明の軸封部構造を備えた油冷式スクリュ圧縮機1では,給油溝37から軸受室32に向かってスペーサ36の外周面と軸孔31の内周面間の隙間Δを介して軸受室32側に流入する潤滑油量を減少させることができた。
By reducing the amount of oil supplied to the
しかも,図3に示した実施形態では,給油溝37と軸受室32間のスペーサ36の外周面に,前述したように,ロータ室11と給油溝37間に設けたと同様の断面形状を有するラビリンス溝38を設けたことで,この部分を通過して軸受室32側に漏出する潤滑油量を減少させることができる。
In addition, in the embodiment shown in FIG. 3, a
このように軸受70に対する給油量を減少させることができたことで,高圧設定の油冷式スクリュ圧縮機1であっても軸受70が多量の潤滑油を攪拌することにより生じる動力ロスの発生を防止することができた。
By reducing the amount of oil supplied to the
また,軸受70に対する給油量を減少させることができたことで,軸受70を潤滑した後,潤滑油回収室35及び潤滑油回収流路94(図2参照)を介して圧縮作用空間に回収される潤滑油量が減少することで,スクリュロータ40,50が余分な潤滑油を攪拌することによって生じる動力ロスの発生についても防止することができた。
In addition, by reducing the amount of oil supplied to the
以上,図3を参照して説明した軸封部34では,給油溝37に対し軸受室32側に位置するスペーサ36の外周面に設けるラビリンス溝38と,給油溝37に対しロータ室11側のスペーサ36の外周面に設けたラビリンス溝38の断面形状を,いずれも軸受室32側からロータ室11側に向かって徐々に拡大する形状とした。
In the
この構成に代えて,給油溝37に対し軸受室32側に位置するスペーサ36の外周面に設けるラビリンス溝は,図4に示すように,断面矩形状の矩形ラビリンス溝39としても良い。
Instead of this configuration, the labyrinth groove provided on the outer peripheral surface of the
給油溝37に対し軸受室32側のスペーサ36外周面と軸孔31の内周面間の隙間Δには,給油溝37から軸受室32側に向かう潤滑油の流れのみが生じ,逆向きの流体の流れについて考慮する必要がなく,この部分に形成するラビリンス溝の形状としては,軸受室32側に漏出する潤滑油量を減少させることができるものであれば,如何なる断面形状のラビリンス溝を採用しても良い。
In the gap Δ between the outer peripheral surface of the
しかも,形成するラビリンス溝の溝幅,深さを同じくする場合,軸受室32側からロータ室11側に向かって徐々に拡大する断面形状のラビリンス溝38に比較して,断面形状を矩形としたラビリンス溝39の方が拡大部の断面積が大きくなり,隙間Δを通過する潤滑油の流れをより急拡大,急縮小させるものとなることでより大きな圧力損失を生じさせることができ,この部分を通過する潤滑剤の量をより一層減少させることが可能となる。
In addition, when the labyrinth groove width and depth are the same,
従って,軸受70に対する給油量をより減少させることが必要となる場合,図4に示すように,給油溝37に対し軸受室32側に設けるラビリンス溝を断面が矩形である矩形ラビリンス溝39とすることで,このような要求に対応することが可能となる。
Therefore, if it becomes necessary to further reduce the amount of oil supplied to the
更に,図3及び図4を参照して説明した軸封部34では,給油溝37に対しロータ室11側のスペーサ36の外周面だけでなく,給油溝37に対し軸受室32側のスペーサ36外周面に対してもラビリンス溝38,39を設ける構成を説明したが,この構成に代えて,給油溝37に対し軸受室32側のスペーサ36の外周面には,図5に示すようにラビリンス溝を設けない,平坦な表面に形成するものとしても良い。
Furthermore, in the
このように構成することで,図3及び図4を参照して説明した実施形態に比較して,軸受70に対する給油量が増加することとなるが,スクリュロータ40,50を比較的早い回転速度で回転させる油冷式スクリュ圧縮機1等,軸受70に対する給油量を比較的多くする必要がある油冷式スクリュ圧縮機1も存在することから,給油溝37に対し軸受室32側のスペーサ36外周面の構造は,油冷式スクリュ圧縮機1の設定等に対応して,図3~5に示した構成より適宜選択して適用することができる。
With this configuration, the amount of oil supplied to the
なお,図3~図5を参照した実施形態では,いずれもスペーサ36を単一の円筒状部材によって構成する例を示したが,一例として図5中に変更例として示したように,スペーサ36を軸線方向に二分割して二部材の組み合わせにより形成するものとしても良い。
In the embodiments shown in Figures 3 to 5, the
この構成では,スペーサ36のうち,ロータ室11側に配置される部分36aの外周面に軸受室32側からロータ室11側に向かって徐々に拡大する断面形状のラビリンス溝38を形成しておく。
In this configuration, a
一方,軸受室側に配置される部分36bについては,図3に示したラビリンス溝38,又は図4に示した矩形ラビリンス溝39が設けられたもの,又は,図5に示すようにラビリンス溝を設けていないものを予め準備しておき,油冷式スクリュ圧縮機1の設定等に応じて,これらの中から選択した軸受室側に配置される部分36bを組み合わせることによりスペーサ36を形成するものとしても良い。
On the other hand, the
更に,図3~図5を参照して説明した実施形態では,いずれも,前述した給油溝37やラビリンス溝38,矩形ラビリンス溝39を,スペーサ36の外周面に形成する構成について説明したが,これらはいずれも,スペーサ36の外周面に形成する構成と共に,又は,スペーサ36の外周面に形成する構成に代えて,スペーサ36に対応する位置の前記軸孔31の内周面に形成するものとしても良く,この構成の採用によっても同様の効果を得ることができる。
Furthermore, in the embodiments described with reference to Figures 3 to 5, the
1 油冷式スクリュ圧縮機
2 ケーシング
10 ロータケーシング
11 ロータ室
12 給油口
20 吸入側ケーシング
21,22 軸受室
23 ギヤ室
24 吸気口
25 給油ノズル
30 吐出側ケーシング
31 軸孔
32 軸受室
33 吐出口
34 軸封部
35 潤滑油回収室
36 スペーサ
36a (スペーサの)ロータ室側に配置される部分
36b (スペーサの)軸受室側に配置される部分
37 給油溝
38 ラビリンス溝
39 矩形ラビリンス溝
40 オスのスクリュロータ
41 吸入側ロータ軸
42 吐出側ロータ軸
50 メスのスクリュロータ
51 吸入側ロータ軸
52 吐出側ロータ軸
60,70 軸受
80 増速装置
81 従動歯車
82 駆動歯車
83 駆動軸
91,92,93 給油流路
94 潤滑油回収流路
100 油冷式スクリュ圧縮機
111 ロータ室
131 軸孔
132 軸受室
134 軸封部
135 潤滑油回収室
136 スペーサ
137 給油溝
138’,139 ラビリンス溝
140,150 スクリュロータ
140a,150a 吐出側端面(スクリュロータの)
141,142,151,152 ロータ軸
170 軸受
193 給油流路
210 駆動源
220 レシーバタンク
221 逆止弁
222 オイルフィルタ
223 オイルクーラ
224 給油配管
Δ 吐出側ロータ軸(スペーサ)の外周面と軸孔の内周面間の隙間
Δ’ ロータ軸の外周面と軸孔の内周面間の隙間
REFERENCE SIGNS
141, 142, 151, 152
Claims (5)
前記軸受室と前記ロータ室間の前記吐出側ロータ軸の外周面及び/又は前記吐出側ロータ軸の収容位置における前記軸孔の内周面に,周方向に連続する無端環状の給油溝を形成すると共に,前記ケーシング内に該給油溝に潤滑油を給油する給油流路を設け,
前記給油溝側から前記ロータ室側に向かって徐々に拡大することにより前記給油溝側から前記ロータ室側に向かう潤滑油に対するよりも,前記ロータ室側から前記給油溝側に向かう圧縮気体に対してより大きな圧力損失を生じさせる断面形状を有し,周方向に連続する無端環状のラビリンス溝を,前記給油溝に対し前記ロータ室側に位置する前記吐出側ロータ軸の外周面及び/又は前記軸孔の内周面に,所定間隔で複数平行に設けたことを特徴とする油冷式スクリュ圧縮機の軸封構造。 A shaft seal structure for an oil-cooled screw compressor, comprising: a pair of male and female screw rotors rotatably housed in a rotor chamber formed in a casing in an intermeshed state; a shaft hole into which a discharge side rotor shaft of the screw rotor is inserted; and a bearing chamber communicating with the shaft hole and housing a bearing for supporting the discharge side rotor shaft; and a shaft seal portion for sealing a gap between the outer peripheral surface of the discharge side rotor shaft and the inner peripheral surface of the shaft hole between the rotor chamber and the bearing chamber,
an endless annular oil supply groove is formed in the outer peripheral surface of the discharge side rotor shaft between the bearing chamber and the rotor chamber and/or in the inner peripheral surface of the shaft hole at the accommodation position of the discharge side rotor shaft, and an oil supply passage is provided in the casing for supplying lubricating oil to the oil supply groove,
a shaft seal structure for an oil-cooled screw compressor, characterized in that a plurality of endless annular labyrinth grooves continuing in the circumferential direction are provided in parallel at predetermined intervals on the outer peripheral surface of the discharge-side rotor shaft located on the rotor chamber side of the oil groove and/or the inner peripheral surface of the shaft hole, the labyrinth grooves having a cross-sectional shape that gradually expands from the oil groove side towards the rotor chamber side, thereby causing a greater pressure loss for the compressed gas flowing from the rotor chamber side to the oil groove side, than for the lubricating oil flowing from the oil groove side to the rotor chamber side.
3. A shaft seal structure for an oil-cooled screw compressor according to claim 1, wherein the outer peripheral surface of the discharge-side rotor shaft on the bearing chamber side with respect to the oil supply groove and the inner peripheral surface of the shaft hole are both smooth surfaces.
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