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CN111670306A - 螺旋式压缩机 - Google Patents

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CN111670306A
CN111670306A CN201880087626.7A CN201880087626A CN111670306A CN 111670306 A CN111670306 A CN 111670306A CN 201880087626 A CN201880087626 A CN 201880087626A CN 111670306 A CN111670306 A CN 111670306A
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discharge
shaft
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seal ring
screw compressor
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竹内善平
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Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
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Abstract

本发明的螺旋式压缩机包括由转子部(21)和轴部(23)构成的螺杆转子(2)，具有供轴部(23)插通的轴孔(53a)且收纳螺杆转子(2)的壳体(4)，对工作流体从轴部(23)与轴孔(53a)的间隙(G2)泄漏进行密封的排出侧轴封部。排出侧轴封部具有在轴部(23)设置的环状槽部(71)，在环状槽部(71)内可在轴部(23)的轴向上移动的、与轴孔(53a)和环状槽部(71)的侧壁面(77、78)可滑动接触的密封环(72)，和与轴孔(53a)连通并对密封环(72)的轴向的一侧供给流体的轴封流体供给通路。经由轴封流体供给通路对密封环(72)的轴向的一侧供给的流体的压力比对其轴向另一侧作用的压力高。

Description

螺旋式压缩机
技术领域
本发明涉及螺旋式压缩机，更具体而言，涉及使用密封环进行轴封的螺旋式压缩机。
背景技术
在压缩机和泵等中，工作流体经由转子的轴部与壳体的轴孔的间隙泄漏。因为工作流体的泄漏量越多则效率越低，所以需要将该间隙密封。作为轴封的手段，在使用机械密封或油封等的方法之外，有使用密封环的方法。
关于螺旋式压缩机中的使用密封环进行轴封的技术，例如在专利文献1中有记载。专利文献1中记载的螺旋式压缩机中，在螺杆转子的排出侧的轴部(shaft)的中间部设置有环状槽，在该环状槽内配置有密封环。通过使密封环的外周面与壳体的轴孔的内侧面接触，并且利用被压缩的工作介质的出口部区域的压力使密封环的一个端面(轴向侧面)与环状槽的一个槽壁接触，将轴部与轴孔的间隙密封。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第6572354号说明书
发明内容
发明要解决的技术课题
在螺旋式压缩机中，由具有多个螺旋状的凸瓣(lobe)的螺杆转子和收纳螺杆转子的壳体界定的多个压缩室随着螺杆转子的旋转而在轴向上移动并且收缩，由此将压缩室内的工作流体压缩。因为这样的压缩原理，所以螺杆转子的排出侧端面附近的工作流体的压力根据各压缩室的旋转方向(周向)的位置而有所不同。即，排出侧端面附近的工作流体中在周向上存在压力分布。因该工作流体的周向的压力分布，在螺杆转子的排出侧的轴部与壳体的排出侧的轴孔的间隙(排出侧的轴孔间隙)泄漏的工作流体在周向上产生压力分布。因此，在压力相对较高的区域中，工作流体向压缩机的外部泄漏，但在压力相对较低的区域中，工作流体的泄漏流量比压力高的区域少，或取决于情况，相反地外部的流体流入压缩室中。
这样，在螺旋式压缩机中，在排出侧的轴孔间隙泄漏的工作流体中产生周向的压力分布。在上述专利文献1中记载的螺旋式压缩机中，在排出侧的轴孔间隙泄漏的工作流体中也存在周向的压力分布，因此对密封环的轴向侧面作用的压力在周向上不同。因此，在密封环的侧面中的作用相对较低的压力的区域中，与作用相对较高的压力的区域相反的方向的力发生作用，存在密封环倾斜的风险。密封环倾斜时，密封环的轴向侧面与环状槽的槽壁的接触面积以及密封环的外周面与轴孔的内侧面的接触面积显著减少，因此密封环的轴封性能降低。
本发明是为了解决上述问题点而得出的，其目的在于提供一种即使在螺杆转子的排出侧的轴部与壳体的排出侧的轴孔的间隙泄漏的工作流体中存在周向的压力分布，也能够发挥高轴封性能的螺旋式压缩机。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，例如采用下述权利范围的结构。
本发明包括多种解决上述课题的手段，举其一例，其特征在于，包括：螺杆转子，其具有螺杆状的转子部和分别配置在所述转子部的轴向的两侧端部的轴部；壳体，其具有供所述轴部插通的轴孔，用于收纳所述螺杆转子；和排出侧轴封部，其对工作流体从排出侧的轴部与排出侧的轴孔的间隙发生的泄漏进行密封，所述排出侧轴封部具有：环状槽部，其设置在所述排出侧的轴部中的与所述排出侧的轴孔相对的外周部；密封环，其在所述环状槽部内以在所述排出侧的轴部的轴向上可移动的方式配置，能够与所述排出侧的轴孔的内壁面和所述环状槽部的侧壁面滑动接触；和轴封流体供给通路，其以使所述壳体的外部与所述排出侧的轴孔连通的方式设置于所述壳体，对所述密封环的轴向某一侧供给流体，经由所述轴封流体供给通路对所述密封环的轴向某一侧供给的流体的压力设定为比对所述密封环的轴向另一侧作用的压力高。
发明效果
根据本发明，经由轴封流体供给通路对密封环的轴向某一侧供给比对其轴向另一侧作用的压力高的压力的流体，因此即使向排出侧的轴部与轴孔的间隙泄漏的工作流体中存在周向的压力分布，密封环也均匀地压紧在排出侧的轴孔的内壁面和环状槽部的侧壁面上，而不会倾斜。从而能够将该间隙可靠地密封，能够发挥高轴封性能。
上述以外的课题、结构和效果，将通过以下实施方式的说明而明确。
附图说明
图1是表示本发明的螺旋式压缩机的第一实施方式的纵截面图和表示对本发明的螺旋式压缩机的第一实施方式的润滑油的供给的系统图。
图2是对于图1所示的本发明的螺旋式压缩机的第一实施方式从II-II向视观察到的横截面图。
图3是将图1的附图标记X表示的本发明的螺旋式压缩机的第一实施方式的局部结构放大得到的纵截面图。
图4是对于图3所示的本发明的螺旋式压缩机的第一实施方式的局部结构从IV-IV向视观察到的截面图。
图5是表示作为相对于本发明的螺旋式压缩机的第一实施方式的比较例的、现有的螺旋式压缩机的排出侧轴封部的说明图。
图6是将本发明的螺旋式压缩机的第一实施方式的第一变形例的局部结构放大得到的纵截面图。
图7是表示本发明的螺旋式压缩机的第一实施方式的第二变形例的纵截面图。
图8是将图7的附图标记Y表示的本发明的螺旋式压缩机的第一实施方式的第二变形例的局部结构放大得到的纵截面图。
图9是表示本发明的螺旋式压缩机的第二实施方式的纵截面图。
图10是将图9的附图标记Z表示的本发明的螺旋式压缩机的第二实施方式的局部结构放大得到的纵截面图。
具体实施方式
以下，对于本发明的螺旋式压缩机的实施方式，使用附图举例说明。本实施方式是将本发明应用于供油式的双转子型的对空气进行压缩的螺旋式压缩机的例子。
[第一实施方式]
对于第一实施方式的螺旋式压缩机的结构使用图1和图2进行说明。图1是表示第一实施方式的螺旋式压缩机的纵截面图和对该螺旋式压缩机的润滑油的供给的系统图，图2是对于图1所示的螺旋式压缩机从II-II向视观察到的横截面图。图1中，左侧是螺旋式压缩机的吸入侧，右侧是排出侧。图2中，粗线的箭头表示螺旋式压缩机的旋转方向。
图1和图2中，螺旋式压缩机1包括彼此啮合而旋转的阳转子(阳型的螺杆转子)2和阴转子(阴型的螺杆转子)3和收纳阴阳两个转子2、3的壳体4。阳转子2被吸入侧轴承6和排出侧轴承7、8可旋转地支承，与作为旋转驱动源的电动机100连接。阴转子3与阳转子2同样地被吸入侧轴承(未图示)和排出侧轴承(未图示)可旋转地支承。
阳转子2包括：具有多个(图2中是4个)螺旋状的凸瓣21a的螺纹状的转子部21；和在转子部21的轴向(图1的左右方向、图2的垂直于纸面的方向)的两侧端部分别配置的吸入侧(图1中是左侧)的轴部22和排出侧(图1中是右侧)的轴部23。转子部21在其轴向的排出侧，具有与壳体4的内壁面隔着规定间隙(以下称为排出端面间隙)G1而相对的排出侧端面21b。吸入侧的轴部22向壳体4的外侧延伸，例如是与电动机100的轴部一体的结构。在吸入侧的轴部22中的与吸入侧轴承6相比靠轴部22的前端侧的位置，安装有机械密封件9。排出侧的轴部23是带有台阶的轴部，由安装有排出侧轴承7、8的小径轴部25和位于小径轴部25与转子部21之间的、与小径轴部25相比直径较大的大径轴部26构成。
阴转子3包括：具有多个(图2中是6个)螺旋状的凸瓣31a的螺纹状的转子部31；和在转子部31的轴向(图2的垂直于纸面的方向)的两侧端部分别配置的吸入侧的轴部(未图示)和排出侧的轴部33。转子部31与阳转子2的转子部21同样，在其轴向的排出侧具有与壳体4的内壁面隔着排出端面间隙而相对的排出侧端面31b。排出侧的轴部33与阳转子2的排出侧的轴部23同样是带有台阶的轴部，由安装有排出侧轴承(未图示)的小径轴部35和位于小径轴部35与转子部31之间的、与小径轴部35相比直径较大的大径轴部36构成。
壳体4具有主壳体41和安装在主壳体41的排出侧(图1中是右侧)的排出侧壳体42。
在主壳体41中设置有被称为空腔46的局部重合的2个大致圆筒状的空间，空腔46的轴向一侧(图1中是右侧)是开口的。在空腔46中收纳阳转子2和阴转子3的转子部21、31。在主壳体41的外周部，设置有使空腔46中的与开口侧相反的一侧的区域与主壳体41的外部连通的吸入口47。在主壳体41的轴向的吸入侧端部，分别设置有保持用于阳转子2和阴转子3的吸入侧轴承6的吸入侧轴承室(阴转子3侧未图示)48，吸入侧轴承室48的一侧(图1中是左侧)是开口的。空腔46与吸入侧轴承室48被吸入侧分隔壁49分隔。在吸入侧分隔壁49分别设置有供阳转子2和阴转子3的吸入侧的轴部22插通的吸入侧轴孔(阴转子3侧未图示)49a。在各吸入侧轴孔49a中分别隔着规定的间隙地配置有阳转子2和阴转子3的吸入侧的轴部22。
在主壳体41中安装有将阳转子2和阴转子3的两个吸入侧轴承室48的开口闭塞的吸入侧盖43。在吸入侧盖43设置有供阳转子2的吸入侧的轴部22插通的盖轴孔43a。吸入侧盖43在盖轴孔43a侧，具有配置机械密封件9的密封室43b。
排出侧壳体42将主壳体41的空腔46的开口封闭。在排出侧壳体42设置有使排出侧壳体42的外部与空腔46连通的排出流路51。排出流路51在排出侧壳体42的空腔46侧的端面具有规定形状的排出口51a。在排出侧壳体42中的与空腔46侧相反的一侧的部分，分别设置有保持用于阳转子2和阴转子3的排出侧轴承7、8的排出侧轴承室(阴转子3侧未图示)52，排出侧轴承室52的一侧(图1中是右侧)是开口的。空腔46与排出侧轴承室52被排出侧分隔壁53分隔。在排出侧分隔壁53分别设置有供阳转子2和阴转子3的排出侧的轴部23、33插通的排出侧轴孔(阴转子3侧未图示)53a。在各排出侧轴孔53a中分别隔着规定的间隙(以下称为排出侧轴孔间隙)G2地配置有阳转子2和阴转子3的排出侧的轴部23、33的大径轴部26、36。在排出侧壳体42安装有将阳转子2和阴转子3的两个排出侧轴承室52的开口封闭的排出侧盖44。
在吸入侧盖43设置了使吸入侧盖43的外部与密封室43b和吸入侧轴承室48连通的吸入侧轴承供油通路61。吸入侧轴承供油通路61能够从螺旋式压缩机1的外部对吸入侧轴承6和机械密封件9供给润滑油。在主壳体41设置有使吸入侧轴承室48与空腔46内的吸入压力的区域连通的吸入侧油回收通路62。吸入侧油回收通路62将对吸入侧轴承6和机械密封件9进行润滑后的润滑油导入空腔46内而回收。
在排出侧壳体42设置有使排出侧壳体42的外部与排出侧轴孔53a连通的排出侧轴承供油通路63。排出侧轴承供油通路63能够从螺旋式压缩机1的外部对排出侧轴承7、8供给润滑油。在排出侧壳体42和排出侧盖44设置有使排出侧壳体42的排出侧轴承室52与主壳体41的空腔46内的吸入压力的区域连通的排出侧油回收通路64。排出侧油回收通路64将对排出侧轴承7、8进行润滑后的润滑油导入空腔46内而回收。
在主壳体41设置有使主壳体41的外部与空腔46连通的压缩室供油通路65。压缩室供油通路65对空腔46内的阴阳两个转子2、3供给润滑油。
吸入侧轴承供油通路61、排出侧轴承供油通路63和压缩室供油通路65与油分离器102连接。对于这些供油通路61、63、65，从作为润滑油供给源的油分离器102供给润滑油。
在如上所述地构成的螺旋式压缩机1中，由阳转子2和阴转子3的多个凸瓣21a、31a(转子部21、31)和将其包围的壳体4的内壁面(具体而言，是主壳体41的空腔46的内壁面和排出侧壳体42的空腔46侧的端面)界定出多个压缩室C。阳转子2被电动机100驱动而对阴转子3进行旋转驱动时，随着阴阳两个转子2、3的旋转的进展，压缩室C在轴向上移动并且压缩室C的容积减少。由此，经由吸入口47被吸入压缩室C内的作为工作流体的空气被压缩直至达到规定压力，之后经由排出流路51向油分离器102排出。在油分离器102中，压缩空气中含有的润滑油与压缩空气被分离。除去润滑油之后的压缩空气对外部的压缩空气消耗设备(未图示)供给，分离后的润滑油被贮存在油分离器102中。
在油分离器102中贮存的润滑油被油冷却器103冷却且用油过滤器104除去杂质之后，对螺旋式压缩机1供给。对螺旋式压缩机1供给润滑油能够不使用泵等动力源，而是通过流入油分离器102内的压缩空气的压力进行。
对螺旋式压缩机1供给的润滑油经由吸入侧轴承供油通路61对机械密封件9和吸入侧轴承6供给，在对机械密封件9和吸入侧轴承6进行润滑之后经由吸入侧油回收通路62被回收至压缩室C内的吸入过程的区域。对于排出侧轴承7、8，也与吸入侧轴承6同样地，经由排出侧轴承供油通路63和排出侧轴孔53a供给润滑油。对排出侧轴承7、8进行润滑之后的润滑油经由排出侧油回收通路64被回收至压缩室C内的吸入过程的区域。另外，油分离器102的润滑油经由压缩室供油通路65对压缩室C内供给，使压缩过程的区域的空气冷却，并且将邻接的压缩室C之间的间隙密封。被回收至压缩室C内的润滑油与压缩空气一同从排出流路51排出，流入油分离器102中。
在阴阳两个转子2、3的外表面与壳体4的内壁面之间，为了防止接触导致的损伤，设置了至少数十～数百μm的间隙。例如如上所述，在阴阳两个转子2、3的转子部21、31的排出侧端面21b、31b与排出侧壳体42的空腔46侧的端面之间，设置有排出端面间隙G1。另外，在阴阳两个转子2、3的排出侧的轴部23、33的大径轴部26、36与排出侧壳体42的排出侧轴孔53a之间，设置有排出侧轴孔间隙G2。因此，压缩室C内的被压缩后的工作流体因压力差而要经由排出端面间隙G1和排出侧轴孔间隙G2向排出侧轴承室52流出。于是，本实施方式的螺旋式压缩机1进一步包括对工作流体从排出侧轴孔间隙G2的泄漏进行密封的排出侧轴封部。
接着，对于第一实施方式的螺旋式压缩机的排出侧轴封部的结构使用图1、图3和图4进行说明。此处，仅对于阳转子侧的排出侧轴封部的结构进行说明，但阴转子侧的排出侧轴封部也是同样的结构。图3是将图1的附图标记X表示的螺旋式压缩机的排出侧轴封部的一部分放大的纵截面图，图4是对于图3所示的螺旋式压缩机的排出侧轴封部的一部分从IV-IV向视观察到的截面图。图3中，左侧是螺旋式压缩机的吸入侧，右侧是排出侧。另外，图3和图4中，与图1和图2中示出的附图标记相同的附图标记表示相同的部分，因此省略其详细说明。
图1和图3中，排出侧轴封部包括：在排出侧的轴部23的大径轴部26中的与排出侧轴孔53a的内壁面相对的外周部设置的环状槽部71；在环状槽部71内配置的密封环72；和以使排出侧壳体42的外部与排出侧轴孔53a连通的方式在排出侧壳体42设置的、能够对密封环72的轴向某一侧(图1和图3中是左侧或右侧)供给流体的轴封流体供给通路。本实施方式中，使用排出侧轴承供油通路63作为轴封流体供给通路。即，排出侧轴承供油通路63除了具有从螺旋式压缩机1的外部对排出侧轴承7、8供给润滑油的功能之外，也具有从螺旋式压缩机1的外部对密封环72供给润滑油(流体)的功能。
环状槽部71如图3所示，是由在排出侧的轴部23的大径轴部26的周向上延伸的底面76、从底面76起在径向上立起的轴部基端侧(图3中是左侧)的第一侧壁面77和轴部前端侧(图3中是右侧)的第二侧壁面78界定的。环状槽部71例如是截面形状为矩形的圆环状。
密封环72如图3和图4所示，是圆环状的，例如具有周向的1个部位被分割而形成的接缝72a，通过使接缝72a扩大而能够容易地安装在环状槽部71中。密封环72例如由树脂材料成形，构成为因经由排出侧轴承供油通路63供给的润滑油(流体)的热而膨胀，接缝72a抵接而形成为在周向上不存在间隙的圆环状。关于密封环72，其轴向宽度被设定为比环状槽部71的槽宽小，以在环状槽部71内能够在排出侧的轴部23的轴向上移动的方式构成。密封环72在其轴向某一侧和内周部承受润滑油(流体)的压力，由此其轴向另一侧与环状槽部71的某一方的侧壁面77、78滑动接触，并且其外周部与排出侧轴孔53a的内壁面滑动接触，将排出侧轴孔间隙G2密封。密封环72例如以其截面形状为矩形的方式形成，其外表面包括内周面91、外周面92、轴向的排出侧的轴部23的基端侧(图3中是左侧)的第一侧面93、轴向的排出侧的轴部23的前端侧(图3中是右侧)的第二侧面94。
作为轴封流体供给通路的排出侧轴承供油通路63以其排出侧轴孔53a侧的开口部63a与密封环72相比位于排出侧的轴部23的前端侧(图3中是右侧)的方式设置，对密封环72中的轴向的轴部23的前端侧(第二侧面94侧)供给流体。本实施方式中，作为对轴封流体供给通路供给的流体，使用对排出侧轴承7、8供给的润滑油。对于排出侧轴承供油通路63，从油分离器102供给润滑油(流体)。即，油分离器102实现用于排出侧轴承7、8的润滑油供给源的功能，并且实现用于密封环72的轴封流体供给源的功能。经由排出侧轴承供油通路63对密封环72的第二侧面94侧供给的润滑油(流体)的压力，设定为比对密封环72中的轴向的轴部23的基端侧(第一侧面93侧)作用的压力、即向排出侧轴孔间隙G2流入的空气(工作流体)的压力高。
接着，对第一实施方式的螺旋式压缩机的排出侧轴封部的作用与现有的螺旋式压缩机的轴封部进行比较，使用图2、图3和图5进行说明。图5是表示作为第一实施方式的比较例的现有的螺旋式压缩机的轴封部的说明图。另外，图5中，与图1～图4中示出的附图标记相同的附图标记表示同样的部分，因此省略其详细说明。
在如上所述地构成的螺旋式压缩机1中，多个压缩室C随着阳转子2和阴转子3的旋转而在轴向上移动并且收缩，由此将压缩室C内的空气(工作流体)压缩。基于这样的压缩原理，阳转子2和阴转子3的转子部21、31的排出侧端面21b、31b附近的压缩空气(工作流体)的压力根据各压缩室C的旋转方向(周向)的位置而有所不同。即，转子部21、31的排出侧端面21b、31b附近的压缩空气中在周向上存在压力分布。
举出具体的一例，例如如图2所示，在排出侧端面21b、31b附近的阳转子2与阴转子3不啮合的区域中，以与排出口51a相反的一侧(图2中是上侧)的区域为起点，越向双划线的箭头P的方向去，越成为高压的区域。另外，在排出侧端面21b、31b附近阳转子2与阴转子3啮合的区域中，阳转子2与阴转子3在理论上的3点接触时，成为上侧的高压的排出空间Ds与下侧的低压的吸入空间Ss混合存在的状态。但是，排出侧端面21b、31b附近的阳转子2与阴转子3的啮合状态(接触状态)根据阳转子2和阴转子3的旋转位置而变化，因此阳转子2与阴转子3的啮合区域的压力分布也根据阳转子2和阴转子3的旋转位置而与上述情况不同。
这样，转子部21、31的排出侧端面21b、31b附近的压缩空气中在周向上存在压力分布。于是，因该空气的周向的压力分布，从多个压缩室C向排出侧轴孔间隙G2泄漏的压缩空气中也产生周向的压力分布。
现有的螺旋式压缩机110的轴封部中，如图5所示，在排出侧的轴部23设置有环状槽部111，在该环状槽部111内配置有密封环112。该现有的轴封部通过使从压缩室C泄漏至排出侧轴孔间隙G2的压缩空气的压力对密封环112的内周面121和转子部21侧的第一侧面123(图5中是左侧面)作用，而使密封环112的外周面122压紧在排出侧轴孔53a上，并且使密封环112的排出侧轴承室52侧的第二侧面124(图5中是右侧面)压紧在环状槽部111的两侧壁面117、118中的排出侧轴承室52侧的侧壁面118(图5中是右侧壁面)上，而将排出侧轴孔间隙G2密封。
但是，因为向排出侧轴孔间隙G2泄漏的压缩空气中存在周向的压力分布，所以对密封环112的第一侧面123作用的压缩空气的压力在周向上并不均匀，产生从最小压力(Pmin)至最大压力(Pmax)的分布。例如如图5所示，在密封环112的第一侧面123的下侧的区域中作用最大压力(Pmax)，在其相反侧的上侧的区域中作用最小压力(Pmin)。与此不同，对密封环112的第二侧面124，与排出侧轴承室52大致相同的压力(Pb)在周向上均匀地作用。关于泄漏的压缩空气的最小压力(Pmin)，取决于螺旋式压缩机110的运转条件，存在比排出侧轴承室52的压力(Pb)低的情况。
这样的情况下，在密封环112的第一侧面123中的、最大压力(Pmax)附近的压力所作用的部分，向排出侧轴承室52侧(图5中是右侧)受力。与此不同，在最小压力(Pmin)附近的压力所作用的部分，向转子部21侧(图5中是左侧)受力。因此，存在密封环112在环状槽部111内倾斜、密封环112的第二侧面124与环状槽部111的侧壁面118的接触面积和密封环112的外周面122与排出侧轴孔53a的接触面积显著减少的风险。该情况下，密封环112的轴封性能显著降低。
对此，本实施方式中，如图3所示，将比向排出侧轴孔间隙G2泄漏的压缩空气的最大压力(Pmax)大的压力(Poil)的润滑油，经由排出侧轴承供油通路(轴封流体供给通路)63向排出侧轴孔53a(排出侧轴孔间隙G2)供给。由此，密封环72的内周面91和靠排出侧轴承供油通路63侧的第二侧面94(图3的右侧面)的周向全部区域承受相对高压的润滑油的压力(Poil)。从而，密封环72抵抗压缩空气的压力而在轴部23的基端方向(图3中是左方向)上受力，其第一侧面93(图3中是左侧面)被压紧在环状槽部71的第一侧壁面77上，并且密封环72的外周面92被压紧在排出侧轴孔53a的内壁面上。另外，密封环72被润滑油加热而热膨胀。由此，密封环72的接缝72a(参考图4)在规定的设定温度(例如70℃)接触。
这样，因为比压缩空气的最大压力(Pmax)高的压力(Poil)总是对密封环72的第二侧面94的周向全部区域作用，所以能够防止密封环72在环状槽部71内倾斜。因此，密封环72的第一侧面93与环状槽部71的第一侧壁面77、以及密封环72的外周面92与排出侧轴孔53a可靠地滑动接触。另外，密封环72中，接缝72a的间隙因热膨胀而消失。从而，排出侧轴孔间隙G2中的压缩空气的泄漏被切断。因此，从压缩室C向排出侧轴承室52(参考图1)泄漏的压缩空气显著减少，能够实现螺旋式压缩机1的节能化。
另外，经由排出侧轴承供油通路63对排出侧轴孔间隙G2供给的润滑油，在对密封环72的第二侧面94施加压力之后，对排出侧轴承7、8进行润滑。之后，润滑油经由排出侧油回收通路64流入处于吸入过程的压缩室C中，与压缩空气一同从排出流路51向外部排出。
如上所述，根据第一实施方式，经由排出侧轴承供油通路(轴封流体供给通路)63对密封环72的第二侧面94侧(轴向侧)供给比对其第一侧面93(轴向另一侧)作用的压缩空气(工作流体)的压力(Pmax)高的压力(Poil)的流体，因此，即使向排出侧轴孔间隙G2泄漏的压缩空气(工作流体)中存在周向的压力分布，密封环72也均匀地压紧在排出侧轴孔53a的内壁面和环状槽部71的侧壁面77上而不会倾斜。从而，能够将排出侧轴孔间隙G2可靠地密封，能够发挥高轴封性能。
另外，根据本实施方式，轴封流体供给通路兼具对排出侧轴承7、8供给润滑油的排出侧轴承供油通路63的功能，因此与单独地设置轴封流体供给通路和排出侧轴承供油通路63的结构相比能够实现结构的简化。
另外，上述说明中，示出了阳转子2的排出侧轴封部的作用和效果，但阴转子3的排出侧轴封部的作用和效果也是同样的。
[第一实施方式的第一变形例]
接着，对于应用本发明的螺旋式压缩机的第一实施方式的第一变形例，使用图6举例说明。图6是将第一实施方式的第一变形例的螺旋式压缩机的排出侧轴封部的一部分放大得到的纵截面图。图6中，左侧是螺旋式压缩机的吸入侧，右侧是排出侧。另外，图6中，与图1～图5中示出的附图标记相同的附图标记表示是相同部分，因此省略其详细说明。
图6所示的第一实施方式的第一变形例的螺旋式压缩机1A与第一实施方式为大致相同的结构，但排出侧轴封部的环状槽部71A的形状和作为轴封流体供给通路的排出侧轴承供油通路63A的排出侧轴孔53a侧的开口部63b的位置不同。
具体而言，环状槽部71A的靠近排出侧轴承供油通路63A的一侧的第二侧壁面78A中，其槽开口侧的部分相对于底面76侧的部分向排出侧轴承供油通路63A侧倾斜。换言之，第二侧壁面78A由从底面76起在径向上立起的底面侧的垂直面80和相对于垂直面80向排出侧轴承供油通路63A侧倾斜的槽开口侧的倾斜面81构成。倾斜面81与排出侧轴孔53a的内壁面一同形成了能够贮存润滑油(流体)的流体贮存部Fs。垂直面80的最外径或倾斜面81的最内径(do)被设定为比密封环72的内径(ds)大。倾斜面81能够通过对第一实施方式的螺旋式压缩机1的环状槽部71的第二侧壁面78的槽开口部进行倒角而容易地成形。
排出侧轴承供油通路63A以其开口部63b的轴向位置为环状槽部71A的倾斜面81的配置位置的方式设定。即，排出侧轴承供油通路63A向流体贮存部Fs开口并连通。
在第一实施方式的螺旋式压缩机1(参考图1和图3)中，利用从螺旋式压缩机1向油分离器102排出的压缩空气(工作流体)的压力，对螺旋式压缩机1供给润滑油。此时，在螺旋式压缩机1启动时，首先，被吸入至压缩室C内的空气(工作流体)被压缩，其压力上升。之后，从螺旋式压缩机1排出的压缩空气流入油分离器102内，油分离器102内的压力上升。从而，螺旋式压缩机1启动等时，与对排出侧轴孔间隙G2供给的润滑油的压力(Poil)相比，排出侧轴孔间隙G2内的空气的最大压力(Pmax)在短时间内增加。即，启动等时，成为排出侧轴孔间隙G2内的压缩空气的最大压力(Pmax)暂时高于润滑油的压力(Poil)的状态。
此时，因为排出侧轴孔间隙G2内的压缩空气的压力，存在密封环72在环状槽部71内向排出侧轴承供油通路63侧移动、其第二侧面94被压紧在环状槽部71的第二侧壁面78上的可能性。此时，即使排出侧轴孔间隙G2的润滑油的压力(Poil)在之后变得比压缩空气的最大压力(Pmax)大，也存在不能将密封环72推回环状槽部71的第一侧壁面77侧的风险。这是因为，排出侧轴孔间隙G2的大小是数十～数百μm，与密封环72的侧面93、94的宽度(例如数mm)相比显著小，密封环72的排出侧轴承供油通路63侧的轴向侧面的受压面积小。在该状况下，也能够实现排出侧轴孔间隙G2的密封。但是，因为与环状槽部71滑动接触的密封环72的侧面93、94因运转条件而改变，所以存在难以进行基于密封环72磨损的寿命的预测的问题。
另外，以吸入侧在上侧、排出侧在下侧的方式使螺旋式压缩机1纵向设置的情况下，密封环72在螺旋式压缩机1启动时，因自身的自重而成为与环状槽部71的第二侧壁面78接触的状态。从而，此时也存在上述问题。
对此，在图6所示的本变形例中，螺旋式压缩机1A启动等时，即使密封环72的第二侧面94与环状槽部71A的第二侧壁面78A接触的情况下，也因为在环状槽部71A的排出侧轴承供油通路63A侧的槽开口侧的区域中设置了流体贮存部Fs，所以相应地密封环72的排出侧轴承供油通路63A侧的第二侧面94的受压面积相对于排出侧轴孔间隙G2的截面积充分大。从而，如果供给的润滑油的压力(Poil)比排出侧轴孔间隙G2中的空气的最大压力(Pmax)大，则密封环72在环状槽部71A内被推回转子部21侧，其第一侧面93与环状槽部71A的第一侧壁面77滑动接触。从而，因为密封环72的第一侧面93总是磨损，所以容易进行密封环72的寿命预测。
另外，本变形例中，将环状槽部71A的第二侧壁面78A的倾斜面81的最内径(do)设定为比密封环72的内径(ds)大，因此密封环72在环状槽部71A内向排出侧轴承供油通路63A侧移动时，密封环72的第二侧面94与环状槽部71A的第二侧壁面78A的垂直面80可靠地接触。从而，密封环72不会被环状槽部71A的倾斜面81和排出侧轴孔53a夹住或咬入，因此能够防止密封环72被咬入等导致的损伤、密封环72被咬入等而导致的轴部23的损伤、以及因咬入等导致的密封环72的破损所引起的排出侧轴承7、8(参考图1)的损伤。
如上所述，根据第一实施方式的第一变形例，在与第一实施方式同样的效果之外，能够进一步获得以下效果。根据本变形例，使环状槽部71A的靠排出侧轴承供油通路63A侧的第二侧壁面78A的槽开口侧的部分(倾斜面81)相对于第二侧壁面78A的底面侧的部分(垂直面80)位于排出侧轴承供油通路63A侧，由倾斜面81和排出侧轴孔53a形成流体贮存部Fs，因此即使在密封环72移动至排出侧轴承供油通路63A侧的情况下，也使密封环72的第二侧面94的受压面积比排出侧轴孔间隙G2的截面积大。从而，能够将密封环72向环状槽部71A的第一侧壁面77推回而与其滑动接触。结果密封环72的第一侧面93总是磨损，因此密封环72的寿命预测变得容易。
另外，根据本变形例，以使作为轴封流体供给通路的排出侧轴承供油通路63A向流体贮存部Fs开口的方式构成，因此能够不经由排出侧轴孔间隙G2的狭窄空间地对密封环72的第二侧面94供给流体，能够减少对密封环72供给的流体的压力损失。
[第一实施方式的第二变形例]
接着，对于应用本发明的螺旋式压缩机的第一实施方式的第二变形例，使用图7和图8举例说明。图7是第一实施方式的第二变形例的螺旋式压缩机的纵截面图，图8是将图7的附图标记Y表示的螺旋式压缩机的排出侧轴封部的一部分放大得到的纵截面图。图7和图8中，左侧是螺旋式压缩机的吸入侧，右侧是排出侧。另外，图7和图8中，与图1～图6中示出的附图标记相同的附图标记表示相同部分，因此省略其详细说明。
图7和图8所示的第一实施方式的第二变形例的螺旋式压缩机1B是与第一实施方式大致同样的结构，但排出侧轴封部的环状槽部71B的设置位置不同。具体而言，环状槽部71B设置在轴部23的大径轴部26的最基端侧的部分，转子部21侧的第一侧壁面由转子部21的排出侧端面21b构成。
第一实施方式(参考图1和图3)中，排出侧轴孔间隙G2处的压缩空气(工作流体)的压力对密封环72的第一侧面93作用。与此不同，本变形例中，如图8所示，泄漏至排出端面间隙G1的压缩空气的压力对密封环72的外周面92作用。在这样的情况下，也与第一实施方式的情况同样，对于密封环72的内周面91和第二侧面94，比压缩空气的最高压力(Pmax)更高压的润滑油(流体)的压力(Poil)在周向上均匀地作用。因此，抵抗泄漏至排出端面间隙G1的压缩空气的压力地、密封环72的外周面92和第一侧面93被分别压紧在排出侧轴孔53a和转子部21的排出侧端面21b上。由此，密封环72的第一侧面93与转子部21的排出侧端面21b、以及密封环72的外周面92与排出侧轴孔53a可靠地滑动接触，因此来自排出侧轴孔间隙G2的压缩空气的泄漏被切断。
另外，第一实施方式中，密封环72的第一侧面93中除去外周侧前端部分的区域与环状槽部71的第一侧壁面77滑动接触。与此不同，本变形例中，密封环72的第一侧面93的整面与转子部21的排出侧端面21b滑动接触。从而，能够防止密封环72的不均匀磨损，实现密封环72的长寿命化。
如上所述，根据第一实施方式的第二变形例，在与第一实施方式同样的效果之外，能够进一步获得以下效果。根据本实施方式，转子部21的排出侧端面21b构成与密封环72滑动接触的环状槽部71的侧壁面，因此能够防止密封环72的不均匀磨损，实现密封环72的长寿命化。
另外，根据本实施方式，转子部21的排出侧端面21b构成与密封环72滑动接触的环状槽部71的侧壁面，因此排出端面间隙G1的区域因与密封环72接触而相应地缩小。从而，能够抑制经由排出端面间隙G1的压缩室C间的压缩空气的泄漏。
进而，根据本实施方式，使密封环72与转子部21的排出侧端面21b滑动接触，因此排出端面间隙G1的压缩空气(工作流体)的压力作用于密封环72的外周面92，而比排出端面间隙G1的压缩空气的最高压力(Pmax)更高压的润滑油(流体)的压力(Poil)作用于内周面91。因此，相对高压的润滑油易于沿着转子部21的排出侧端面21b向排出端面间隙G1侧泄漏，密封环72的磨损粉尘与高压的润滑油一同经由排出端面间隙G1流入压缩室C侧。从而，能够防止密封环72的磨损粉尘混入排出侧轴承7、8，不存在引起排出侧轴承7、8的短寿命化的风险。
[第二实施方式]
接着，对于应用本发明的螺旋式压缩机的第二实施方式，使用图9和图10举例说明。图9是第二实施方式的螺旋式压缩机的纵截面图，图10是将图9的附图标记Z表示的螺旋式压缩机的排出侧轴封部的一部分放大得到的纵截面图。图9和图10中，左侧是螺旋式压缩机的吸入侧，右侧是排出侧。另外，图9和图10中，与图1～图8中示出的附图标记相同的附图标记表示相同部分，因此省略其详细说明。
图9和图10所示的第二实施方式的螺旋式压缩机1C与第一实施方式的不同点在于，除排出侧轴承供油通路63，另外新设置了轴封流体供给通路73，以及新设置了回收对密封环72供给的流体的轴封流体回收通路74。
具体而言，轴封流体供给通路73以使排出侧壳体42的外部与排出侧轴孔53a连通的方式设置在排出侧壳体42中。轴封流体供给通路73的排出侧轴孔53a侧的开口部73a以与密封环72相比位于排出侧的轴部23的基端侧(图9和图10中是左侧)的方式设置。轴封流体供给通路73对密封环72中的轴向的轴部23的基端侧(第一侧面93侧)供给流体。经由轴封流体供给通路73对密封环72的第一侧面93侧供给的流体的压力(Poil2)设定为比对密封环72中的轴向的轴部23的前端侧(第二侧面94侧)作用的压力、即经由排出侧轴承供油通路63对排出侧轴孔间隙G2供给的用于排出侧轴承7、8的润滑油的压力(Poil1)高。
对轴封流体供给通路73，例如从作为轴封流体供给源的油分离器102供给作为流体的润滑油。此时，例如，通过在排出侧轴承供油通路63或与排出侧轴承供油通路63连接的润滑油系统中设置阻尼部或减压阀，能够确保经由轴封流体供给通路73供给的润滑油与经由排出侧轴承供油通路63供给的润滑油的压力差。
轴封流体回收通路74以与排出侧轴孔53a连通的方式设置在排出侧壳体42中。轴封流体回收通路74的排出侧轴孔53a侧的开口部74a以与轴封流体供给通路73的开口部73a相比位于轴部23的基端侧(图9和图10中是左侧)的方式设置。
本实施方式中，将比经由排出侧轴承供油通路63供给的润滑油的压力(Poil1)大的压力(Poil2)的润滑油，经由轴封流体供给通路73对排出侧轴孔间隙G2供给。由此，密封环72的内周面91和靠轴封流体供给通路73侧的第一侧面93(图9和图10中是左侧面)的周向整个区域承受相对高压的润滑油的压力(Poil2)。从而，密封环72抵抗排出侧轴承7、8用的润滑油的压力(Poil1)地、在轴部23的前端方向(图9和图10中是右方向)上受力，其第二侧面94(图9和图10中是右侧面)被压紧在环状槽部71的第二侧壁面78上，并且其外周面92被压紧在排出侧轴孔53a的内壁面上。
这样，比排出侧轴承7、8用的润滑油的压力(Poil1)高的压力(Poil2)总是作用于密封环72的轴封流体供给通路73侧的第一侧面93的周向全部区域，因此即使流入排出侧轴孔间隙G2的压缩空气中存在周向的压力分布，也能够防止密封环72在环状槽部71内倾斜。因此，密封环72的第二侧面94与环状槽部71的第二侧壁面78、以及密封环72的外周面92与排出侧轴孔53a可靠地滑动接触。另外，密封环72与第一实施方式的情况同样地，接缝72a的间隙因热膨胀而消失。从而，排出侧轴孔间隙G2中的工作流体(压缩空气)的泄漏被切断，因此从压缩室C泄漏至排出侧轴承室52的压缩空气显著减少，能够实现螺旋式压缩机1C的节能化。
经由轴封流体供给通路73对排出侧轴孔间隙G2供给的润滑油，在对密封环72的轴封流体供给通路73侧的第一侧面93施加压力之后，被吸入轴封流体回收通路74中。之后，轴封流体回收通路74的润滑油经由排出侧油回收通路64流入吸入过程的压缩室C中，与压缩空气一同从排出流路51向外部排出。
如上所述，根据第二实施方式，经由轴封流体供给通路73对密封环72的第一侧面93侧(轴向一侧)供给比对其第二侧面94(轴向另一侧)作用的排出侧轴承7、8用的润滑油的压力(Poil1)更高的压力(Poil2)的润滑油(流体)，因此即使泄漏至排出侧轴孔间隙G2的压缩空气(工作流体)中存在周向的压力分布，密封环72也被均匀地压紧在排出侧轴孔53a的内壁面和环状槽部71的第二侧壁面78上而不会倾斜。从而，能够将排出侧轴孔间隙G2可靠地密封，发挥高轴封性能。
另外，根据本实施方式，使轴封流体供给通路73的开口部73a与密封环72相比设置在排出侧的轴部23的基端侧，因此密封环72的第一侧面93侧(转子部21侧)承受经由轴封流体供给通路73供给的相对高压的润滑油(流体)的压力和泄漏至排出侧轴孔间隙G2的空气(工作流体)的压力。因此，即使在螺旋式压缩机1启动时和额定运转时，密封环72的第二侧面94也总是与环状槽部71滑动接触。即，与环状槽部71滑动接触的密封环72的侧面94不会因螺旋式压缩机1C的运转条件而改变，因此根据密封环72的磨损进行寿命预测是容易的。
进而，根据本实施方式，将经由轴封流体供给通路73对排出侧轴孔间隙G2供给的相对高压的润滑油(流体)用轴封流体回收通路74回收，因此能够抑制润滑油(流体)从排出侧轴孔间隙G2向排出端面间隙G1泄漏。因此，能够减少因泄漏至排出端面间隙G1的润滑油(流体)而产生的搅拌动力。
另外，根据本实施方式，通过对排出侧轴孔间隙G2供给比经由排出侧轴承供油通路63供给的润滑油的压力(Poil1)大的压力(Poil2)的润滑油，能够将排出侧轴孔间隙G2密封，因此即使供给比泄漏至排出侧轴孔间隙G2的压缩空气(工作流体)的最高压力低的压力的润滑油(流体)，也能够进行轴封。从而，也能够使流体对轴封流体供给通路73的供给压力与第一实施方式及其变形例的情况相比较低。
[其他实施方式]
另外，本发明不限定于上述实施方式，包括各种变形例。上述实施方式是为了易于理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须包括说明的全部结构。即，能够将某个实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，也能够在某个实施方式的结构上添加其他实施方式的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，能够添加、删除、置换其他结构。
例如，上述实施方式中，以对空气进行压缩的螺旋式压缩机1、1A、1B、1C为例进行了说明，但也能够将本发明应用于对氨或CO2等制冷剂进行压缩的螺旋式压缩机。另外，以供油式的螺旋式压缩机1、1A、1B、1C为例进行了说明，但也能够将本发明应用于供给水的水润滑式的螺旋式压缩机。另外，以双转子型的螺旋式压缩机1、1A、1B、1C为例进行了说明，但也能够将本发明应用于单转子型或三转子型等双转子型以外的螺旋式压缩机。其中，单转子型的螺旋式压缩机中，螺杆转子的转子部具有多条与闸转子的齿啮合的螺旋状的槽，是螺纹状的。
另外，上述实施方式中，示出了密封环72的截面形状是矩形的例子，但只要是密封环的外周部和轴向任一侧与排出侧轴孔53a和环状槽部71、71A的侧壁面滑动接触而将排出侧轴孔间隙G2密封的形状就可以是任意的结构。例如，密封环72的侧面和外周面也能够由具有某种曲率的面构成、或由设置了凹陷或槽等的凹凸状构成。
另外，上述实施方式中，示出了使用对排出侧轴承7、8供给的润滑油作为经由轴封流体供给通路对密封环72供给的流体的例子，但也能够根据螺旋式压缩机的形式或条件而使用水等液体或计测用空气等气体。但是，此时需要在供给排出侧轴承7、8的润滑油的润滑油供给通路之外，另外设置轴封流体供给通路。
另外，上述实施方式中，示出了使用油分离器102作为轴封流体供给源的例子，但能够使用油分离器102以外的任意的供给源作为轴封流体供给源。
另外，上述第一实施方式的第一变形例中，示出了使环状槽部71A的靠近排出侧轴承供油通路63A一侧的第二侧壁面78A由底面侧的垂直面80和槽开口侧的倾斜面81构成的例子。但是，第二侧壁面78A的槽开口侧的部分只要是相对于垂直面80位于排出侧轴承供油通路(轴封流体供给通路)63A侧、与排出侧轴孔53a的内壁面一同形成流体贮存部Fs的贮存部形成面即可。例如，图6的双划线所示的第二侧壁面的槽开口侧的部分不是倾斜面，而是阶梯状的贮存部形成面81D。
附图标记说明
1、1A、1B、1C……螺旋式压缩机，2……阳转子(螺杆转子)，3……阴转子(螺杆转子)，4……壳体，7、8……排出侧轴承，21、31……转子部，21a、31a……凸瓣，21b、31b……排出侧端面，22……吸入侧的轴部，23、33……排出侧的轴部，49a……吸入侧轴孔(轴孔)，53a……排出侧轴孔(排出侧的轴孔)，71、71A、71B……环状槽部，77……第一侧壁面，78、78A……第二侧壁面，72……密封环，63、63A……排出侧轴承供油通路(轴封流体供给通路)，63a、63b……开口部，73……轴封流体供给通路，73a……开口部，74……轴封流体回收通路，74a……开口部，80……垂直面，81……倾斜面，81D……贮存部形成面，G2……排出侧轴孔间隙(排出侧的轴部与排出侧的轴孔的间隙)，Fs……流体贮存部。

Claims (10)

1.一种螺旋式压缩机，其特征在于，包括：
螺杆转子，其具有螺杆状的转子部和分别配置在所述转子部的轴向的两侧端部的轴部；
壳体，其具有供所述轴部插通的轴孔，用于收纳所述螺杆转子；和
排出侧轴封部，其对工作流体从排出侧的轴部与排出侧的轴孔的间隙发生的泄漏进行密封，
所述排出侧轴封部具有：
环状槽部，其设置在所述排出侧的轴部中的与所述排出侧的轴孔相对的外周部；
密封环，其在所述环状槽部内以在所述排出侧的轴部的轴向上可移动的方式配置，能够与所述排出侧的轴孔的内壁面和所述环状槽部的侧壁面滑动接触；和
轴封流体供给通路，其以使所述壳体的外部与所述排出侧的轴孔连通的方式设置于所述壳体，对所述密封环的轴向的一侧供给流体，
经由所述轴封流体供给通路对所述密封环的轴向的一侧供给的流体的压力设定得比对所述密封环的轴向另一侧作用的压力高。
2.如权利要求1所述的螺旋式压缩机，其特征在于：
所述轴封流体供给通路的轴孔侧的开口部位于比所述密封环靠所述排出侧的轴部的前端侧的位置，
经由所述轴封流体供给通路供给的流体的压力设定得比流入所述间隙中的工作流体的压力高。
3.如权利要求2所述的螺旋式压缩机，其特征在于：
所述转子部的排出侧端面构成所述环状槽部的一个侧壁面。
4.如权利要求1所述的螺旋式压缩机，其特征在于：
所述轴封流体供给通路的轴孔侧的开口部位于比所述密封环靠所述排出侧的轴部的基端侧的位置。
5.如权利要求4所述的螺旋式压缩机，其特征在于：
所述排出侧轴封部还具有以与所述排出侧的轴孔连通的方式设置于所述壳体的轴封流体回收通路，
所述轴封流体回收通路的轴孔侧的开口部位于比所述轴封流体供给通路的轴孔侧的开口部靠所述排出侧的轴部的基端侧的位置。
6.如权利要求1～5中任一项所述的螺旋式压缩机，其特征在于：
界定所述环状槽部的侧壁面中的、靠近所述轴封流体供给通路的一侧的侧壁面中，其槽开口侧的部分位于比底面侧的部分靠所述轴封流体供给通路侧的位置，且其槽开口侧的部分与所述排出侧的轴孔的内壁面一同形成能够贮存所述流体的流体贮存部。
7.如权利要求6所述的螺旋式压缩机，其特征在于：
界定所述环状槽部的侧壁面中的、靠近所述轴封流体供给通路的一侧的所述侧壁面中，其槽开口侧的部分的最内径设定得比所述密封环的内径大。
8.如权利要求6所述的螺旋式压缩机，其特征在于：
所述轴封流体供给通路向所述流体贮存部开口。
9.如权利要求6所述的螺旋式压缩机，其特征在于：
界定所述环状槽部的侧壁面中的、靠近所述轴封流体供给通路的一侧的所述侧壁面形成为其槽开口侧的部分相对于底面侧的部分向所述轴封流体供给通路侧倾斜的倾斜面。
10.如权利要求2或3所述的螺旋式压缩机，其特征在于：
对以所述螺杆转子可旋转的方式支承所述螺杆转子的排出侧轴承供给的润滑油，能够供给到所述轴封流体供给通路。
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