特許 5714945 水噴射式スクリュ圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5714945

(24)【登録日】2015年3月20日

(45)【発行日】2015年5月7日

(54)【発明の名称】水噴射式スクリュ圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04C 18/16 20060101AFI20150416BHJP

   F04C 27/00 20060101ALI20150416BHJP

   F04C 29/02 20060101ALI20150416BHJP

   F04C 29/12 20060101ALI20150416BHJP

【ＦＩ】

   F04C18/16 J

   F04C18/16 A

   F04C27/00 311

   F04C29/02 351

   F04C29/12 E

   F04C29/12 D

【請求項の数】6

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2011-52868(P2011-52868)

(22)【出願日】2011年3月10日

(65)【公開番号】特開2012-149631(P2012-149631A)

(43)【公開日】2012年8月9日

【審査請求日】2013年9月2日

(31)【優先権主張番号】特願2010-290058(P2010-290058)

(32)【優先日】2010年12月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100081422

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 光雄

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100100170

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 厚司

(72)【発明者】

【氏名】吉村 省二

(72)【発明者】

【氏名】野口 透

【審査官】 加藤 一彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２８７４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２５２９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１８６０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５６−１５５１６２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表平０８−５０４９１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｃ １８／１６

Ｆ０４Ｃ ２３／００

Ｆ０４Ｃ ２７／００

Ｆ０４Ｃ ２９／０２

Ｆ０４Ｃ ２９／１２

Ｆ１６Ｊ １５／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケーシングに形成したロータ室内に収容された雌雄咬合するスクリュロータにより対象気体を圧縮し、内部に水を噴射して前記スクリュロータの潤滑を行う水噴射式スクリュ圧縮機において、
前記ロータ室と前記スクリュロータのロータ軸の軸受との間に、前記ロータ室側から順に、第１非接触シール、第２非接触シールおよびリップシールが設けられ、
前記第１非接触シールと前記第２非接触シールとの間に形成される加圧空間に、高圧の前記対象気体を導入する加圧連通路と、
前記第２非接触シールと前記リップシールとの間に形成される開放空間を、前記ケーシング外部に開放する開放連通路と、
吐出した前記対象気体から前記水を分離する水回収器とを備え、
前記水回収器において前記水を分離した前記対象気体を、減圧手段を介して前記加圧連通路に供給することを特徴とする水噴射式スクリュ圧縮機。

【請求項2】

前記軸受は、高圧側の軸受であって、
前記第１非接触シールの前記ロータ室側に形成される流出空間を、前記ロータ室内の低圧空間または前記ロータ室に連通する前記対象気体の低圧流路に連通させる低圧連通路を備えることを特徴とする請求項１に記載の水噴射式スクリュ圧縮機。

【請求項3】

前記水回収器において前記水を分離した前記対象気体を、ドライヤを介して前記加圧連通路に供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の水噴射式スクリュ圧縮機。

【請求項4】

前記加圧連通路または前記水回収器から前記加圧連通路までの流路に、該スクリュ圧縮機の運転停止時に閉鎖される開閉弁が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の水噴射式スクリュ圧縮機。

【請求項5】

前記ロータ軸の周囲に嵌装され、前記開放空間において径方向外側に突出する突出部が形成されたスリーブ部材を有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水噴射式スクリュ圧縮機。

【請求項6】

前記第１非接触シールおよび前記第２非接触シールは、それぞれ、軸方向に間隔を開けて対向し合う対向面を形成する嵌合部材と、前記対向面にそれぞれ当接する２つのシールリングと、前記２つのシールリングの間に配置され、前記シールリングを前記対向面に押圧する弾性部材と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水噴射式スクリュ圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水噴射式スクリュ圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

ロータ室内に収容された雌雄咬合するスクリュロータで対象気体を圧縮するスクリュ圧縮機では、対象気体を系内に封止、或いは、対象気体に外気などが混入するのを防止するために、ロータ軸のスクリュロータと軸受との間に軸封構造が設けられる。

【0003】

特許文献１に記載されているように、従来のスクリュ圧縮機では、吸込側の軸封装置としてリップシールが用いられ、吐出側の軸封装置としてメカニカルシールが用いられている。

【0004】

リップシールは安価で省スペースの軸封装置であるが、一般に、封止可能な最大圧力が０．３ｋｇｆ／ｃｍ^２程度である。このため、リップシールは、高圧側では軸封が不十分になったり耐久性が著しく低下するおそれがあるので、低圧側の軸封にのみ使用可能である。一方、メカニカルシールは、高圧の軸封が可能であるが、非常に高価であると共に設置のためのスペースが大きいという問題がある。

【0005】

特許文献１に開示のスクリュ圧縮機では、リップシールを吸い込み側の軸の軸封として用いている他、吐出側の軸の軸封としても用いている。特許文献１のスクリュ圧縮機では、吐出側の軸の軸封のために用いられているリップシールに過剰な圧力が加わらないようにするため、スクリュロータとリップシールとの間にラビリンスシールを設け、さらに、ラビリンスシールとリップシールとの間の空間を吸込流路、もしくはロータ室の吸込側に近い中間圧力部に連通させる連通路を設けている。

【0006】

また、スクリュ圧縮機には、例えば特許文献２に記載されているように、ロータ室内に水を噴射して、潤滑および冷却を行う水噴射式のものがある。水噴射式スクリュ圧縮機の軸封装置としてリップシールを用いる場合、リップシールには、水を封止する機能が求められる。ところが、油と異なり、水は潤滑性が低いため、リップシールで水を封止するとリップシールの摩耗が大きくなってしまう。従って、水噴射式スクリュ圧縮機では、リップシールの寿命が短く、頻繁なメンテナンスが要求されるという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第４５５９３４３号公報

【特許文献2】特開２０００−４５９４８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、軸封装置の寿命が長い水潤滑式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、本発明による水噴射式スクリュ圧縮機は、ケーシングに形成したロータ室内に収容された雌雄咬合するスクリュロータにより対象気体を圧縮し、内部に水を噴射して前記スクリュロータの潤滑を行う水噴射式スクリュ圧縮機において、前記ロータ室と前記スクリュロータのロータ軸の軸受との間に、前記ロータ室側から順に、第１非接触シール、第２非接触シールおよびリップシールが設けられ、前記第１非接触シールと前記第２非接触シールとの間に形成される加圧空間に、高圧の前記対象気体を導入する加圧連通路と、前記第２非接触シールと前記リップシールとの間に形成される開放空間を、前記ケーシング外部に開放する開放連通路と、吐出した前記対象気体から前記水を分離する水回収器とを備え、前記水回収器において前記水を分離した前記対象気体を、減圧手段を介して前記加圧連通路に供給するものとする。

【0010】

この構成により、高圧連通路を介して加圧した対象気体を導入することによって加圧空間を昇圧する。これにより、加圧空間の圧力が高圧に維持されるので、ロータ室から流出空間に漏出した水は、加圧空間に流入することができない。また、万が一、加圧空間さらには開放空間に水が漏出したとしても、漏出した水は開放空間から開放連通路を介して外部に放出されるので、シール空間の圧カを増大させることなく、漏出した水がリップシールまで到達することも抑制できる。このため、リップシールを破損させることがなく、水のリップシールへの進入による軸受用潤滑油の漏出も防止できる。

【0011】

また、本発明の水噴射式スクリュ圧縮機は、前記軸受が高圧側の軸受であって、前記第１非接触シールの前記ロータ室側に形成される流出空間を、前記ロータ室内の低圧空間または前記ロータ室に連通する前記対象気体の低圧流路に連通させる低圧連通路を備えてもよい。

【0012】

この構成によれば、低圧連通路を介して吐出圧より低いロータ室または吸込流路に接続することによって流出空間を減圧し、且つ、高圧連通路を介して加圧した対象気体を導入することによって加圧空間を昇圧する。これにより、流出空間よりも加圧空間の圧力が高くなるので、ロータ室から流出空間に漏出した水は、加圧空間に流入することができず、低圧連通路を通ってロータ室に環流される。また、万が一、加圧空間さらには開放空間に水が漏出したとしても、漏出した水は開放空間から開放連通路を介して外部に放出されるので、シール空間の圧カを増大させることなく、漏出した水がリップシールまで到達することも抑制できる。このため、リップシールを破損させることがない効果、水のリップシールへの進入による軸受用潤滑油の漏出の防止の効果が一層顕著となる。

【0013】

（削除）

【0014】

また、前記構成によれば、加圧空間に導入する対象気体に、水噴射式スクリュ圧縮機から吐出した対象気体の一部を流用することができ、加圧連通路に対象気体を供給するために付属設備を用意する必要がない。

【0015】

また、本発明の水噴射式スクリュ圧縮機は、前記水回収器において前記水を分離した前記対象気体を、ドライヤを介して前記加圧連通路に供給してもよい。

【0016】

この構成によれば、この構成によれば、加圧空間に導入する対象気体から、水回収器にて水を除去したうえ、さらにドライヤで水を除去することができ、各軸封手段に加圧連通路を介して水を供給してしまう恐れがない。

【0017】

また、本発明の水噴射式スクリュ圧縮機は、前記加圧連通路または前記水回収器から前記加圧連通路までの流路に、該スクリュ圧縮機の運転停止時に閉鎖される開閉弁が設けられていてもよい。

【0018】

この構成によれば、例えば、複数のスクリュ圧縮機をそれらの吐出側（水回収器以降の吐出流路）で接続した際に、停止されたスクリュ圧縮機の加圧連通路に、他の運転中のスクリュ圧縮機より吐出された対象気体の一部を供給してしまうことが防止され、対象気体を効率的に使用できる。

【0019】

また、本発明の水噴射式スクリュ圧縮機は、前記ロータ軸の周囲に嵌装され、前記開放空間において径方向外側に突出する突出部が形成されたスリーブ部材を有してもよい。

【0020】

この構成（突出部）によれば、ロータ室から漏出して開放空間に進入してきた水を、前記突出部の遠心力によって径方向外側に飛散させ、開放連通路を通じて、外部空間に排出できるので、漏出した水がリップシールまで到達する危険性をさらに低減できる。

【0021】

また、本発明の水噴射式スクリュ圧縮機において、前記第１非接触シールおよび前記第２非接触シールは、それぞれ、軸方向に間隔を開けて対向し合う対向面を形成する嵌合部材と、前記対向面にそれぞれ当接する２つのシールリングと、前記２つのシールリングの間に配置され、前記シールリングを前記対向面に押圧する弾性部材とを備えるものであってもよい。

【0022】

この構成によれば、非接触シールのシールリングとロータ軸とが万が一接触しても、径方向にシールリングが移動され得るため、非接触シールやロータ軸が大きく破損することがない。従って、非接触シール（シールリング）とロータ軸の間隙を極力狭くすることができ、軸封の効果をさらに増すことができるので、漏出した水がリップシールまで到達する危険性を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の第１実施形態のスクリュ圧縮機の簡略化断面図である。

【図2】本発明の第２実施形態のスクリュ圧縮機の簡略化断面図である。

【図3】図２の第１非接触シールの拡大断面図である。

【図4】本発明の第３実施形態のスクリュ圧縮機の簡略化断面図である。

【図5】本発明の第４実施形態のスクリュ圧縮機の簡略化断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明に係る水噴射式スクリュ圧縮機の第１の実施形態である水噴射式スクリュ圧縮機１を簡略化して示す。スクリュ圧縮機１は、ケーシング２内に形成したロータ室３に収容された雌雄咬合する一対のスクリュロータ４で、対象気体（例えば空気）を圧縮して吐出するものであり、ロータ室３内に冷却、シールおよび潤滑のために、水が導入されるようになっている。

【0025】

ケーシング２には、ロータ室３に連通し、ロータ室３に圧縮すべき対象気体を供給するための吸込流路（低圧流路）５と、ロータ室３に連通し、ロータ室３内でスクリュロータ４によって圧縮された対象気体を排出するための吐出流路６と、スクリュロータ４のロータ軸７を吸込側および吐出側で、それぞれ、支持および軸封する構造を設置するための軸受軸封空間８，９が設けられている。

【0026】

ロータ軸７は、吸込側の軸受軸封空間８内に設置されたころ軸受１０と、吐出側の軸受軸封空間９内に設置された２つの玉軸受１１とで回転可能に支持され、吸込側の軸受軸封空間８を貫通して延伸し、不図示のモータに接続される。

【0027】

ころ軸受１０の前記モータ側には、モータ側への異物（ころ軸受１０の潤滑油など）の浸入を防ぐリップシール１２が設置され、ころ軸受１０のスクリュロータ４側には、ころ軸受１０の潤滑油がロータ室３側に流出しないように封止するリップシール１３と、吸込流路５からころ軸受１０側に対象気体や潤滑流体が浸入しないように封止するリップシール１４とが設けられている。

【0028】

ケーシング２には、ロータ室３の吐出側（高圧側）の端面を形成する隔壁部１５が形成され、隔壁部１５によってロータ室３と吐出側の軸受軸封空間９とを区分している。吐出側の軸受軸封空間９の隔壁部１５と玉軸受１１との間には、ロータ室３側から順番に、第１非接触シール１６、第２非接触シール１７およびリップシール１８が設けられている。

【0029】

第１非接触シール１６および第２非接触シール１７は、ロータ軸７との間に０．０２ｍｍ程度の小さい隙間を形成することにより、その隙間を通過しようとする流体に大きな圧力損失を発生させて、流体の通過を抑制する公知のラビリンスシールである。リップシール１８は、玉軸受１１の潤滑油が、ロータ室３側に漏出するのを防止できるような向きに配設されている。

【0030】

第１非接触シール１６、第２非接触シール１７およびリップシール１８は、軸受軸封空間９をそれぞれ分割することにより、隔壁部１５と第１非接触シール１６との間に流出空間１９を形成し、第１非接触シール１６と第２非接触シール１７との間に加圧空間２０を形成し、第２非接触シール１７とリップシール１８との間に開放空間２１を形成している。

【0031】

ケーシング２には、流出空間１９をロータ室３の吸込流路５から隔離された圧縮途中の空間である低圧空間２２に連通させる低圧連通路２３と、加圧空間２０に高圧の対象気体を導入するための加圧連通路２４と、開放空間２１をケーシング２の外部に連通させて大気開放する開放連通路２５，２６とが設けられている。

【0032】

さらに、水噴射式スクリュ圧縮機１は、吐出流路６から吐出された対象気体から水を分離する水回収器２７を有し、水回収器２７において分離して回収した水を吸込流路５に再供給する水供給配管２８と、水回収器２７において水を分離した対象気体の一部をフィルタ２９および減圧弁３０を介して加圧連通路２４に導入する加圧配管３１とを備える。減圧弁３０は、対象気体を低圧空間２２よりも若干高い程度の圧力まで減圧するように調整されている。例えば、低圧空間２２の圧力が０．０３ＭＰａ程度であれば、加圧空間２０での圧力はそれより０．１ＭＰａ程度高い圧力（０．１３ＭＰａ）程度に調整されている。尚、減圧弁３０と加圧空間２０までの加圧配管３１には、減圧弁３０とは別の減圧手段、例えばオリフィス等を介設してもよい。

【0033】

この水噴射式スクリュ圧縮機１では、流出空間１９がロータ室３内の低圧空間２２に連通し、加圧空間２０に低圧空間２２よりも高圧の対象気体を導入しているので、流出空間１９の圧力が、加圧空間２０の圧力よりも低くなる。このため、第１非接触シール１６とロータ軸７との隙間には、加圧空間２０から流出空間１９に向かう対象気体の僅かな流れが生じ、ロータ室３から流出空間１９に対象気体とともに流出した水が加圧空間２０に進入することを防止する。これにより、リップシール１８に水が到達して、リップシール１８を破損させることを防止でき、玉軸受１１の潤滑油の漏出を防止できる。

【0034】

また、加圧空間２０からは、第２非接触シール１７とロータ軸７との隙間を介して開放空間２１に、対象気体が少しずつ流出する。開放空間２１に流入した対象気体は、開放連通路２５，２６によって大気中に放出されるので、開放空間２１の圧力は大気圧に維持される。これにより、万が一、例えば水噴射式スクリュ圧縮機１の停止時に、開放空間２１に水が進入したとしても、その水を開放連通路２５，２６から大気に放出するので、リップシール１８に与えるダメージを最低限度に留めることができる。

【0035】

続いて、図２に、本発明の第２実施形態である水噴射式スクリュ圧縮機１ａを示す。尚、以降の実施形態において、先に説明した実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

【0036】

本実施形態の水噴射式スクリュ圧縮機１ａは、ロータ軸７の周囲に嵌装され、リップシール１８が摺接するスリーブ部材３２を有する。スリーブ部材３２は、開放空間２１内に延伸し、開放連通路２５と開放連通路２６との間において、径方向外側に環状に突出する突出部３３が形成されている。

【0037】

このスリーブ部材３２は、ロータ軸７と共に回転するので、万が一、水がロータ軸７を伝って開放空間２１内に進入したとしても、突出部３３が水を遠心力によって径方向外側に飛散させる。これにより、確実に水を開放連通路２５，２６から大気に放出することで、リップシール１８に水が到達することを防止する。

【0038】

また、この水噴射式スクリュ圧縮機１ａでは、低圧連通路２３ａは、吸込流路５に連通している。このため、減圧弁３０は、対象気体を吸込流路５の圧力よりも僅かに高い圧力まで減圧するように調節される。さらに、本実施形態の第１非接触シール１６ａおよび第２非接触シール１７ａは、自己調芯機能を有するものである。

【0039】

図３に、本実施形態の第１非接触シール１６ａの構成を詳細に示す。図示しないが、第２非接触シール１７ａも、第１非接触シール１６ａと同じ構成である。第１非接触シール１６ａは、ケーシング２に形成された嵌合溝３４に嵌合して配設され、軸方向に対向し合う対向面３５を形成する２つの対向壁部３６を備える嵌合部材３７と、対向面３５にそれぞれ当接し、内周がロータ軸７に近接する２つのシールリング３８と、２つのシールリング３８の間に配置され、シールリング３８を対向面３５に押圧する弾性部材３９とからなる。

【0040】

シールリング３８は、嵌合部材３７の内部で径方向に移動できるように、嵌合部材３７の内径よりも小さい外径を有しているが、通常、対向面３５との間の摩擦力によって一定の位置に保持されている。しかしながら、シールリング３８は、ロータ軸７に当接すると、ロータ軸７に押されて嵌合部材３７内で径方向に滑り移動し、ロータ軸７に対して調芯される。

【0041】

この調芯機能により、第１非接触シール１６ａおよび第２非接触シール１７ａは、振動などによってロータ軸７と接触したとしても過剰な応力を受けないので、ロータ軸７との間の隙間を０．１ｍｍ程度にまで狭小化できる。このため、第１非接触シール１６ａおよび第２非接触シール１７ａは、より高い軸封能力を発揮して、水の通過を防止できる。

【0042】

続いて、図４に、本発明の第３実施形態である水噴射式スクリュ圧縮機１ｂを示す。本実施形態の水噴射式スクリュ圧縮機１ｂは、吐出側（高圧側）と同様に、ロータ室３と吸込側（低圧側）のロータ軸７のリップシール１３との間に、ロータ室３側から順に、第１非接触シール４０および第２非接触シール４１が配設されている。第１非接触シール４０および第２非接触シール４１も、高圧側の第１非接触シール１６および第２非接触シール１７と同様の構成のラビリンスシールである。

【0043】

これにより、低圧側の軸受軸封空間８の中には、第１非接触シール４０と第２非接触シール４１との間に加圧空間４２が形成され、第２非接触シール４１とリップシール１３との間に開放空間４３が形成されている。ケーシング２には、加圧空間４２に高圧の対象気体を導入するための加圧連通路４４と、開放空間４３をケーシング２の外部に連通させて大気開放する開放連通路４５とが形成されている。加圧連通路４４には、減圧弁３０の下流側の加圧配管３１から分岐した加圧配管４６が接続され、対象気体が供給されるようになっている。

【0044】

本実施形態では、吸込側の軸受軸封空間８にも、対象気体が導入されて高圧に維持される加圧空間４２を形成しているため、水噴射式スクリュ圧縮機１ｂが吸い込む対象気体の圧力、つまり、吸込流路５の圧力が大気圧より高い場合であっても、対象気体が加圧空間４２に進入しない。これにより、水が対象気体に随伴して進入し、リップシール１３に到達することによって、リップシール１３を破損させたり、軸受用潤滑油を漏出させたりしない。

【0045】

さらに、図５に、本発明の第４実施形態である水噴射式スクリュ圧縮機１ｃを示す。本実施形態の水噴射式スクリュ圧縮機１ｃは、水回収器２７の下流にドライヤ４７が設けられ、ドライヤ４７で除湿した対象気体を加圧配管３１，４６および加圧連通路２４，４４を介して加圧空間２０，４２に導入するようになっている。また、加圧配管３１には、水噴射式スクリュ圧縮機１ｃの停止時に閉鎖される開閉弁４８が設けられている。

【0046】

本実施形態では、ドライヤ４７によって水蒸気までも除去した乾燥した対象気体が加圧空間２０，４２に供給されるので、リップシール１８，１３が露出する開放空間２１，４３に湿気が進入することがなく、リップシール１８，１３を完全なドライ状態に保つことができる。

【0047】

また、本実施形態の水噴射式スクリュ圧縮機１ｃは、複数台を並列に接続して使用したとしても、それぞれが開閉弁４８を備えるので、停止中の噴射式スクリュ圧縮機１ｃの加圧空間２０，４２に他の噴射式スクリュ圧縮機１ｃから対象気体が導入されることがない。これにより、対象気体の無駄な消費がなく、台数制御による運転の効率化ができる。

【0048】

開閉弁４８は、その動作を確実にするために、電力が供給されたときのみ開放するノーマルクローズタイプの単動式電磁開閉弁等であることが好ましい。尚、水回収器２７とドライヤ４７との間にいわゆる保圧逆止弁を設けることも好ましい。

【符号の説明】

【0049】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…スクリュ圧縮機
２…ケーシング
３…ロータ室
４…スクリュロータ
５…吸込流路（低圧流路）
６…吐出流路
７…ロータ軸
１０…ころ軸受
１１…玉軸受
１５…隔壁部
１６，１６ａ，４０…第１非接触シール
１７，１７ａ，４１…第２非接触シール
１３，１８…リップシール
１９…流出空間
２０，４２…加圧空間
２１，４３…開放空間
２２…低圧空間
２３，２３ａ…低圧連通路
２４，４４…加圧連通路
２５，２６，４５…開放連通路
２７…水分離回収器
３０…減圧弁
３１，４６…加圧配管
３２…スリーブ部材
３３…突出部
３５…対向面
３７…嵌合部材
３８…シールリング
３９…弾性部材
４７…ドライヤ
４８…開閉弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】