(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、スクリュ圧縮機では、スクリュロータの両側に配置されるラジアル軸受のうち、スクリュ圧縮機の吐出側に位置するラジアル軸受に対して、吸込側に位置するものよりも大きな荷重が作用する。軸受幅を確保するために吐出側に位置するラジアル軸受を大型化しなければならない。
【0005】
なお、特許文献1に開示されるラジアル荷重を低減する手法を採用しようとすると、ラジアル軸受に油供給路が形成されているため、ラジアル軸受の構造が複雑となってしまう。また、ラジアル軸受には、ラジアル軸受とロータ軸との間の空間に供給される油の圧力に耐え得る強度が求められる。
【0006】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ラジアル軸受の構造を簡素化しつつラジアル軸受に作用する荷重をより大きく低減することが可能な圧縮機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、スクリュ部であるロータ本体と、前記ロータ本体を覆うケーシングと、前記ロータ本体の長手方向における前方部に位置し、前記ロータ本体にて圧縮されたガスを吐出する吐出口と、前記ロータ本体の前記長手方向における後方部に位置し、前記ガスを吸込む吸込口と、前記ロータ本体から前方へと延びる第1軸と、前記ロータ本体から後方へと延びる第2軸と、前記第1軸をラジアル方向に支持する第1ラジアル軸受と、前記第2軸をラジアル方向に支持する第2ラジアル軸受と、前記第1ラジアル軸受に作用するラジアル荷重を低減する荷重低減機構と、を備え、前記荷重低減機構が、前記第1ラジアル軸受よりも前方側にて前記ロータ本体に作用する力のラジアル方向の成分とは反対向きの成分を含む荷重低減力を前記第1軸に作用させる、または、前記第2軸受よりも後方にて前記ロータ本体に作用する力の前記ラジアル方向の成分と同じ向きの成分を含む荷重低減力を前記第2軸に作用させる圧縮機を提供する。
【0008】
スクリュロータを備える圧縮機においては、吐出側に近いほど流体の圧力が高くなるため、吐出側に位置する第1ラジアル軸受に作用するラジアル荷重の低減がより望まれている。本圧縮機では、荷重低減機構が設けられることにより、第1ラジアル軸受に特段の加工を施すことなく、容易に第1ラジアル軸受の荷重を低減することができる。
【0009】
この場合において、前記荷重低減機構が、前記第1軸の周囲にて、高圧流体を収容可能な高圧室、及び、前記高圧室よりも低圧である低圧室を備え、前記高圧室と前記低圧室との間の圧力差により、前記第1ラジアル軸受よりも前方にて前記ロータ本体に作用する力のラジアル方向の成分とは反対向きの成分を含む前記荷重低減力を発生させることが好ましい。
【0010】
このようにすれば、容易に荷重低減力を発生させることができる。
【0011】
具体的に、前記第1軸の前記高圧室に接する部位の外径が、前記第1軸の前記長手方向における他の部位の外径よりも大きいことが好ましい。
【0012】
このようにすれば、受圧面積を大きくすることができ、荷重低減力を容易に確保することができる。
【0013】
また、本発明において、前記ケーシングが、前記ロータ本体及び前記第1ラジアル軸受を収容するとともに前方に向かって開口する開口部を有するロータケーシングと、前記高圧室及び前記低圧室を形成するとともに前記開口部を塞ぐサブケーシングと、を備え、前記サブケーシングは、前記ロータケーシングに対して着脱自在に装着されることが好ましい。
【0014】
サブケーシングは、ロータケーシングに対して着脱自在であるため、既存の圧縮機のロータケーシングをそのまま利用しつつ当該既存の圧縮機に荷重低減機構を付加することが可能となる。
【0015】
この場合において、前記サブケーシングが、前記圧縮機から吐出された流体に含まれる油を前記高圧流体として前記高圧室に導入する高圧導入流路を有することが好ましい。
【0016】
このようにすれば、圧縮機から吐出された油が高圧流体として高圧室に供給されるので、高圧室に高圧流体を供給するための専用の供給源の省略が可能となる。
【0017】
また、本発明において、前記ロータ本体と噛み合うスクリュ部である他のロータ本体と、前記他のロータ本体から前方へと延びる他の第1軸と、前記他のロータ本体から後方へと延びる他の第2軸と、前記他の第1軸をラジアル方向に支持する他の第1ラジアル軸受と、前記他の第2軸をラジアル方向に支持する他の第2ラジアル軸受と、前記他の第1ラジアル軸受に作用するラジアル荷重を低減する荷重低減機構と、を備え、前記荷重低減機構が、前記他の第1軸の周囲にて、高圧流体を収容可能な他の高圧室、及び、前記他の高圧室よりも低圧である他の低圧室を備え、前記他の高圧室と前記他の低圧室との間の圧力差により、前記他の第1ラジアル軸受よりも前方にて前記他のロータ本体に作用する力のラジアル方向の成分とは反対向きの成分を含む前記荷重低減力を発生させることが好ましい。
【0018】
このようにすれば、容易に荷重低減力を発生させることができる。
【発明の効果】
【0019】
以上のように、本発明によれば、ラジアル軸受の構造を簡素化しつつより小さな荷重でラジアル軸受に作用する荷重の低減が可能な圧縮機を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明の一実施形態の圧縮機1について、
図1から
図4を参照しながら説明する。
【0022】
図1に示されるように、本実施形態の圧縮機1は、一対のスクリュロータ10と、一対のスクリュロータ10を受ける4つのラジアル軸受41〜44と、一対のスクリュロータ10及び各ラジアル軸受41〜44を収容するケーシング50と、を備えている。上下方向においてケーシング50のうち一対のスクリュロータ10の上側で、かつ一対のスクリュロータ10の長手方向における後方(
図1の右方向)部に吸込口50aが設けられている。上下方向において吸込口50aよりも下側で、かつ前記長手方向における前方(
図1の左方向)部に吐出口50bが設けられている。なお、上下方向は必ずしも重力方向における上下方向である必要はない。
【0023】
一対のスクリュロータ10は、雄ロータ20と、雌ロータ30とを備えている。
【0024】
雄ロータ20は、スクリュ部であるロータ本体21と、ロータ本体21から前方へと延びる第1軸22と、ロータ本体21から後方へと延びる第2軸26と、を備えている。
【0025】
第2軸26は、駆動機2(
図3を参照)に接続される接続部27を有している。駆動機2によって第2軸26が回転駆動される。
【0026】
雌ロータ30は、雄ロータ20と同様に、スクリュ部であるロータ本体31と、ロータ本体31から前方へと延びる第1軸32と、ロータ本体31から後方へと延びる第2軸36とを備えている。ただし、第2軸36は、駆動機2に接続される部位を有していない。
【0027】
4つのラジアル軸受41〜44は、雄ロータ20の第1軸22をラジアル方向に支持する第1ラジアル軸受41と、雄ロータ20の第2軸26をラジアル方向に支持する第2ラジアル軸受42と、雌ロータ30の第1軸32をラジアル方向に支持する第1ラジアル軸受43と、雌ロータ30の第2軸36をラジアル方向に支持する第2ラジアル軸受44と、を備えている。
【0028】
ケーシング50は、各ロータ本体21,31と各ラジアル軸受41〜44とを収容するロータケーシング52と、ロータケーシング52に対して着脱自在に装着されるサブケーシング54とを有する。
【0029】
ロータケーシング52は、前方に向かって開口する開口部53を有する。雄ロータ20の第1軸22の前方側の端部22b(以下、「外側部位22b」という。)及び雌ロータ30の第1軸32の前方側の端部32b(以下、「外側部位32b」という。)は、開口部53から前方に突出している。
【0030】
雄ロータ20の第1軸22は、ロータ本体21から前方へと延びる基軸23と、基軸23の前方側の端部23bの周囲に取り付けられた大径部24bと、を有しており、端部23b及び大径部24bが外側部位22bを構成する。同様に、雌ロータ30の第1軸32は、ロータ本体31から前方へと延びる基軸33と、基軸33の前方側の端部33bの周囲に取り付けられた大径部34bと、を有しており、端部33b及び大径部34bが外側部位32bを構成する。各大径部24b,34bの外径は、各基軸23,33の外径よりも大きく形成されている。
【0031】
サブケーシング54は、開口部53の開口を塞ぐとともに各外側部位22b,32bを収容する形状を有する。サブケーシング54は、雄ロータ20の外側部位22bを上下方向の両側から挟み込む位置で当該外側部位22bの周囲に形成される空間を周方向について区画する区画部55と、雌ロータ30の外側部位32bを上下方向の両側から挟み込む位置で当該外側部位32bの周囲に形成される空間を周方向について区画する区画部56とを有する。
【0032】
図2に示されるように、サブケーシング54内のうち各外側部位22b,32bの並び方向について区画部55よりも外側(
図2の左側)及び区画部56よりも外側(
図2の右側)の2か所に、高圧流体を収容可能な高圧室54aが形成されている。サブケーシング54内のうち前記並び方向について区画部55よりも内側でかつ区画部56よりも内側の1か所に、高圧室54aよりも低圧の低圧室54bが形成されている。雄ロータ20側の高圧室54aは、前記並び方向について外側部位22bの外側の外周面22cに接している。雌ロータ30側の高圧室54aは、前記並び方向について外側部位32bの外側の外周面32cに接している。低圧室54bは、前記並び方向について外側部位22bの内側の外周面22d及び外側部位32bの内側の外周面32dの双方に接している。雄ロータ20の外側部位22bと区画部55との間、及び雌ロータ30の外側部位32bと区画部56との間には、それぞれ隙間(図示略)が形成されている。
【0033】
サブケーシング54は、高圧室54aに連通する高圧導入流路58と、低圧室54bに連通する低圧連通流路59(
図2を参照)とを有している。
【0034】
図3に示されるように、本実施形態の圧縮機1は、気液分離器3及び給油流路4とともに圧縮装置を構成する。
【0035】
気液分離器3は、吐出口50bから吐出された流体をガスと油とに分離する。気液分離器3で分離されたガスは、下流側に送られ、気液分離器3で分離された油は、給油流路4を通じて圧縮機1内に戻される。
【0036】
給油流路4は、高圧の油を高圧導入流路58を通じて高圧室54aに導入可能となるようにサブケーシング54に接続されている。給油流路4には、クーラ5、ポンプ6、及びフィルタ7が設けられている。
【0037】
圧縮装置において、駆動機2の回転駆動によって一対のスクリュロータ10が回転駆動されると、雄ロータ20のロータ本体21と雌ロータ30のロータ本体31との間で吸込口50aから吸い込まれたガスが圧縮される。このとき、圧縮ガスの圧力により、雄ロータ20のロータ本体21及び雌ロータ30のロータ本体31には、各ロータ本体21,31が互いに離間する向きの力Fr(
図4を参照)が作用する。これにより、各ラジアル軸受41〜44には、力Frの作用方向と同じ向き(径方向外向き)のラジアル荷重が作用する。本圧縮機1においては、吐出側に近いほどガスの圧力が高くなるため、吸込側に位置する各第2ラジアル軸受42,44に対してよりも吐出側に位置する各第1ラジアル軸受41,43に対してより大きなラジアル荷重が作用する。このため、各第1ラジアル軸受41,43に作用するラジアル荷重が低減されることが望ましい。
【0038】
一対のスクリュロータ10の回転駆動と同時に、給油流路4及び高圧導入流路58を通じて高圧流体である高圧の油が高圧室54aに供給される。一方、低圧室54bは、低圧連通流路59を通じて大気圧に開放されている。このため、高圧室54aと低圧室54bとの間の圧力差により、各外側部位22b,32bに対し高圧室54aから低圧室54bに向かう前記並び方向内向きの力(以下、「荷重低減力Fk」という。)が作用する。より具体的には、
図2に示されるように、荷重低減力Fkは、前記並び方向外側の上部から並び方向内側の下部に向かう向きに作用する。雄ロータ20の外側部位22bに作用する荷重低減力Fkの向きは、雄ロータ20側の第1ラジアル軸受41に作用するラジアル荷重の向きと反対向きとなり、雌ロータ30の外側部位32bに作用する荷重低減力Fkの向きは、雌ロータ30側の第1ラジアル軸受43に作用するラジアル荷重の向きと反対向きとなる。換言すれば、各荷重低減力Fkの作用する向きが、各第1ラジアル軸受41,43に作用するラジアル荷重の向きとそれぞれ反対向きとなるように高圧室54a及び低圧室54bが配置されている。よって、各外側部位22b,32bに荷重低減力Fkが作用することにより、各第1ラジアル軸受41,43に作用するラジアル荷重が低減される。つまり、高圧室54a及び低圧室54bは、各第1ラジアル軸受41,43に作用するラジアル荷重を低減する荷重低減機構としての機能を果たす。なお、高圧室54aに供給された高圧の油は、雄ロータ20の外側部位22bと区画部55との隙間、及び雌ロータ30の外側部位32bと区画部56との隙間を通じて低圧室54bに流入し、低圧導入流路59を通じてサブケーシング54外に流出する。
【0039】
ここで、雄ロータ20側に注目して、荷重低減力Fkが第1ラジアル軸受41に作用するラジアル荷重を低減させる原理を、
図4を参照しながら説明する。圧縮機1の駆動時には、雄ロータ20のロータ本体21に雌ロータ30のロータ本体31から離間する向き(
図4の上向き)の力Frが作用する。そうすると、第1軸22のうち第1ラジアル軸受41で支持されている部位(以下、「内側部位22a」という。)には、第1ラジアル軸受41から力Frの作用方向と反対向きの力F1が作用する。同様に、第2軸26のうち第2ラジアル軸受42で支持されている部位(以下、「内側部位26a」という。)には、第2ラジアル軸受42から力Frの作用方向と反対向きの力F2が作用する。そして、高圧室54aと低圧室54bとの間の圧力差により、第1軸22の外側部位22bに前記並び方向内向き(力Frの作用方向と反対向き)の荷重低減力Fkが作用する。この状態における第2軸26の内側部位26a回りのモーメントの釣り合い式は、次のようになる。
【0040】
Fr×(L2−L1)=F1×L2+Fk×(L3+L2)・・・(1)
【0041】
上記式(1)において、L1は第1軸22の内側部位22aとロータ本体21の中央部との間の距離、L2は第1軸22の内側部位22aと第2軸26の内側部位26aとの間の距離、L3は第1軸22の内側部位22aと外側部位22bとの間の距離、である。上記式(1)より、力F1は、以下の式(2)のように表される。
【0042】
F1={Fr(L2−L1)−Fk(L3+L2)}/L2・・・(2)
【0043】
上記式(2)より、力F1(第1ラジアル軸受41に作用するラジアル荷重)は、力Frに比べて荷重低減力Fkに起因する分だけ小さくなることが分かる。
【0044】
ここで、上記特許文献1に記載の発明のように、第1軸22の内側部位22aに直接荷重低減力Fkを作用させた場合に当該内側部位22aに作用する力F1′は、上記式(2)においてL3=0とすればよいので、以下の式(3)ように表される。
【0045】
F1′={Fr(L2−L1)−Fk×L2}/L2・・・(3)
【0046】
式(2)及び式(3)より、本圧縮機1のように第1軸22の外側部位22bに対して荷重低減力Fkが作用した場合に内側部位22aに作用する力F1と、従来のように第1軸22の内側部位22aに対して直接荷重低減力Fkが作用した場合に内側部位22aに作用する力F1′との差ΔF1は、次の式(4)のように表される。
【0047】
ΔF1=F1′−F1=Fk×L3/L2・・・(4)
【0048】
このように、本圧縮機1では、第1軸22の内側部位22aに直接荷重低減力Fkを作用させる場合に比べて、力F1をより大きく低減することができる。よって、ガスをより高圧に圧縮することが可能となる。しかも、本圧縮機1では、第1軸22の外側部位22bに荷重低減力Fkを作用させるので、第1ラジアル軸受41に特段の加工を施すことなく、容易に第1軸22の内側部位22a部位に作用する力F1を低減することができる。
【0049】
また、本実施形態では、外側部位22bの外径が、第1軸22の長手方向における他の部位の外径よりも大きいため、受圧面積を大きくすることができる。このため、荷重低減力Fkを容易に確保することができる。
【0050】
以上のことは、雌ロータ30側についても同様である。
【0051】
また、上記実施形態では、サブケーシング54が、ロータケーシング52に対して着脱自在であるため、既存の圧縮機のロータケーシングをそのまま利用しつつ当該既存の圧縮機に荷重低減機構を付加することが可能となる。
【0052】
また、上記実施形態では、圧縮機から吐出された油が高圧流体として高圧室54aに供給されるので、高圧室54aに高圧流体を供給するための専用の供給源の省略が可能となる。
【0053】
以上、本発明の実施形態について説明したが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【0054】
上記実施形態の圧縮機1では、雄ロータ20の外側部位22b及び雌ロータ30の外側部位32bにそれぞれ荷重低減力Fkを作用させる例が示されたが、
図5に示されるように、雄ロータ20の第2軸26の外側部位26b及び雌ロータ30の第2軸36の外側部位にそれぞれ荷重低減力Fkを作用させてもよい。なお、
図5では、雄ロータ20のみが示されている。この例では、荷重低減力Fkの向きは、ロータ本体21に作用する力Frの向きと同じ向きとなる。この場合、第2軸26の内側部位26a回りのモーメントの釣り合い式より、差ΔF1は、以下の式(5)のように表される。
【0055】
ΔF1=Fk×(L3−L2)/L2・・・(5)
【0056】
よって、この場合も、上記と同様の効果が得られる。
【0057】
また、上記実施形態では、第1軸にのみ荷重低減力Fkを作用させる例が示されたが、第1軸及び第2軸の両方に荷重低減力Fkを作用させてもよい。また、雄ロータ20及び雌ロータ30のいずれか一方にのみ荷重低減力Fkを作用させてもよい。
【0058】
また、上記実施形態では、一対のスクリュロータ10を有するツインスクリュ圧縮機が例示されたが、単一のスクリュロータを有するシングルスクリュ圧縮機であってもよい。また、高圧室54aには、高圧の油以外に圧縮ガスなど他の高圧流体を導入してもよい。