JP4089037B2

JP4089037B2 - 油冷式２段スクリュー圧縮機

Info

Publication number: JP4089037B2
Application number: JP28379598A
Authority: JP
Inventors: 優和青木; 英晴田中
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1998-10-06
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2018-10-06
Also published as: JP2000110762A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロータの冷却に油を使用する油冷式スクリュー圧縮機に係り、特に低圧段及び高圧段を備えた２段の油冷式スクリュー圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の油冷式２段スクリュー圧縮機では、特開平8-10987号公報に記載のように低圧段ロータと高圧段ロータおよびケーシングをタンデムに配列していた。また、特開昭48-21806号公報に記載のように、１つのケーシング内に高圧段ロータ及び低圧段ロータを収納していた。さらにまた、実開平6-1790号公報に記載のように、入力軸より上方に高圧段ロータ及び低圧段ロータを配置していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
大型の油冷式スクリュー圧縮機では、消費電力が大きいため高効率が得られる２段圧縮機が使用される。しかしながらスクリュー圧縮機に２段機を採用すると、機械の構成が単段機の倍近くになり、構造が複雑になると共に、大型化して省スペースの実現が難しい。また、原動機として使用されるグリース潤滑のモータも大形になり、グリースの補給や交換等のメンテナンス作業に多大の労力と時間を費やす。特に、大型のモータではクレーンを用いることもあり、カップリング構造機では、装置の芯出し等の作業も増大する。
【０００４】
なお、特開平8-10987号公報に記載のものでは、低圧段と高圧段の圧縮機をタンデムに結合して省スペース化を図っている。さらに低圧段ロータ軸を延在し、この延在部にモータロータを取り付けている。しかし、この公報に記載のものは、圧縮機の軸方向長さが長く、モータと圧縮機を共に載せるコモンベースに据え付けると、ベースの占有面積が大きくなる。圧縮機上部に機器を配置すると、メンテナンス作業が困難になり、圧縮機の上部の空間を利用できず、スクリュー圧縮機の製品自体の小型コンパクト化が損なわれる。また、この公報に記載のものは、スクリューロータがモータ軸に直結されているので、駆動周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）の違い、容量の違い、によりロータの諸元をすべて異ならせる必要があり、シリーズ化における共用化の点で不十分である。
【０００５】
特開昭48-21806号公報に記載のものは、低圧段と高圧段のロータを一つのケーシングに収納して圧縮機の軸方向長さを短縮している。しかし、この公報に記載のものは、駆動軸とモータをカップリングで接続する必要があり、その場合、軸方向長さが上記特開平8-10987号公報に記載のものと大差がないか、あるいはそれ以上となる。さらにモータをグリース潤滑しているので、上述したようにモータのメンテナンス時に多大の時間と費用を要する。
【０００６】
実開平6-1790号公報に記載のものは、軸封部の性能を確保したまま、潤滑油の機外からの漏れを防止できるが、電動機と圧縮機段を併置していること、電動機と圧縮機段間に歯車装置が介在すること、のためにスクリュー圧縮機の軸方向の長さが大きくなる。また、モータののメンテナンスについては、上記公知例と同様の不具合を有している。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、小型コンパクトな油冷式スクリュー圧縮機を実現することにある。本発明の他の目的は、信頼性の高いモータを備えた２段の油冷式スクリュー圧縮機を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、またロータのシリーズ設計や部品の共通化が容易な２段の油冷式スクリュー圧縮機を提供することにある。さらに、２段の油冷式スクリュー圧縮機において、メンテナンスを容易にすることも目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の第１の特徴は、
一つのケーシング内に雄ロータと雌ロータの対を２組回転自在に収納し、一方の組を低圧段圧縮機、他方の組を高圧段圧縮機とし、低圧段圧縮機の吸込ポートを前記ケーシングの上部に設けた油冷式２段スクリュー圧縮機において、
前記低圧段圧縮機を上部に、高圧段圧縮機を下部にそれぞれ配置し、前記低圧段圧縮機と前記高圧段圧縮機との間に挟まれて構成されるとともに低圧段圧縮機の吐出側と高圧段圧縮機の吸込側とを連通する中間通路を備え、
前記低圧段圧縮機および高圧段圧縮機の雄ロータには被駆動歯車が取付けられており、
この被駆動歯車に噛み合う駆動歯車を一端側に有し前記各ロータの反対側に延在したモータロータを備えてモータ軸と駆動歯車軸とを一体で構成した駆動軸と、前記の２個の被駆動歯車と駆動歯車とを収容し前記ケーシングに隣接するギヤケーシングと、前記駆動軸を支持し前記駆動歯車より軸端部に位置する第１の軸受と、前記駆動軸を支持し前記駆動歯車と前記モータロータとの間に位置する第２の軸受とを備え、
ロータに垂直な断面において、低圧段雄ロータ中心、低圧段雌ロータ中心、高圧段雄ロータ中心および高圧段雌ロータ中心の４点を結ぶ四角形の範囲内に前記駆動軸中心が配置され、
前記駆動軸のモータロータ部が前記第１の軸受と前記第２の軸受とでオーバーハング支持されるものである。
【００１０】
そして好ましくは、第１の軸受をケーシングに保持するか、ギヤケーシングに保持するものである。さらに、第１の軸受及び第２の軸受を油潤滑とすることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施例を図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る２段の油冷式スクリュー圧縮機の第１の実施例の縦断面図でありその正面図、図２は図１に示した実施例の上面図を断面で示した図である。
【００１３】
２段の油冷式スクリュー圧縮機では、低圧段部分がケーシング１の上部に配置されている。この低圧段は、低圧段雄ロータ２および低圧段雌ロータ３を有している。これらのロータ２、３は、吸込み側を円筒ころ軸受７で、吐出側をアンギュラ玉軸受１３で回転自在に支承されており、軸受７、１３はケーシング１に保持されている。
【００１４】
吸込ガスは、ケーシング１の上部に設けられた吸込口６から、水平に配置された低圧段の雄ロータ２及び雌ロータ３間に形成される空間に吸込まれる。吸込まれたガスに、低圧段における圧縮過程で油が注入される。低圧段で圧縮された作動ガスは、低圧段の吐出ポートから吐出された後、ケーシング１の低圧段と高圧段に挟まれた空間である中間段通路１０へ流入する。この中間段通路１０へも油が噴射されて、作動ガスを冷却する。中間段通路１０で冷却された作動ガスは、高圧段雄ロータ４と高圧段雌ロータ５により形成される空間に吸込まれる。
【００１５】
高圧段が備える高圧段雄ロータ４および高圧段雌ロータ５は、ケーシング１の下部に配置されている。これら両ロータ４、５は、吸込み側軸部を円筒ころ軸受１２により回転自在に支承され、吐出側軸部をアンギュラ玉軸受１４により回転自在に支承されている。軸受１２、１４は、低圧段と同様に、ケーシング１内に保持されている。高圧段ロータ４、５も低圧段ロータ２、３と同様に水平に配置されている。
【００１６】
作動ガスは、高圧段雄ロータ４と高圧段雌ロータ５により形成される圧縮作動室でさらに所定の圧力まで昇圧され、その後、高圧段Ｄケーシング１８に形成した吐出口から吐出される。
【００１７】
低圧段の雄ロータ１と高圧段の雄ロータ４には、それぞれ低圧段被駆動歯車２０と高圧段被駆動歯車２１が取り付けられている。さらに駆動軸２３には、駆動歯車１９が取り付けられており、この駆動歯車１９と低圧段被駆動歯車２０及び高圧段被駆動歯車２１がとが噛み合うことにより、低圧段及び高圧段に駆動トルクが駆動軸から伝達される。これらの歯車１９、２０、２１は、ギヤケーシング２２内に収容されている。
【００１８】
駆動軸は、駆動歯車１９が取付けられた部分を挟んで、一方側に円錐ころ軸受２５が、他方側に円筒ころ軸受８が取付けられており、これら両軸受８、２５により回転自在に支承されている。駆動軸は２３は、円錐ころ軸受２５よりも軸端側にモータロータ２６、次いでモータ冷却ファン２８がオーバーハングして取り付けられている。モータロータ２６に対向して、モータステータ２７がモータケーシング２９に取り付けられている。なお、本実施例において駆動軸を組み立てるときには、駆動軸を支持する円筒ころ軸受８の外輪をケーシング１に保持した後、軸受８の内輪を取付けた駆動軸２３を軸受８の外輪に挿入する。このように構成した本実施例によれば、高圧段と低圧段の回転速度は、歯車の組合せで自由に設定することが可能であるから、ロータの共用化が容易である。
【００１９】
円錐ころ軸受２５とモータロータ２６の間の固定部材には、オイルシール２４が取付けられている。このオイルシール２４は、駆動軸２３の回転中も駆動軸と２３接触しながら、ギヤケーシング２２内の潤滑油がギヤケーシング２２側からモータケーシング２９側へ流出するのを防止している。
【００２０】
駆動軸２３を支持する軸受８、２５は、ギヤケーシング２２内に収納されている。これらの軸受８、２５には、圧縮機内の軸受７、１２、１３、１４と同じようにフィルターを通して濾過された清浄な油が供給されており、強制潤滑および冷却される。そのため、グリースの補給や交換が必要な従来のモータに比較して、メンテナンス性を向上できるとともに、グリース切れやグリースの劣化に起因する潤滑及び冷却不良を防止でき、モータの信頼性を向上することができる。
【００２１】
本実施例によれば、駆動軸２３は、モータ軸と駆動歯車軸を一体で構成した軸であるので、モータと歯車軸を接続するカップリング手段が不要となる。したがって、モータ軸と駆動歯車軸の芯出し作業が不要となり、メンテナンス性が向上する。高圧段と低圧段のロータが共に同一のケーシングに収容されていることとあいまって、圧縮機の小型化、特に軸方向の長さの大幅な低減が図れる。
【００２２】
次に本発明の第２の実施例を図３ないし図５を用いて説明する。図３は第１の実施例の図１に対応する図であり、図４は図２に対応する図である。また、図５は図３のＡ−Ａ断面図である。これらの図において、第１の実施例の記載との部品には、同一の符号を付している。この第２の実施例が第１の実施例と相違するのは、駆動軸２３を支持する円筒ころ軸受８をギヤケーシング２２に保持した点にある。
【００２３】
第１の実施例及び第２の実施例のいずれにおいても、図５に示すように、低圧段雄ロータ中心ｏ、低圧段雌ロータ中心ｐ、高圧段雄ロータ中心ｑ、および高圧段雌ロータ中心ｒの４点を結ぶ四角形の範囲内に駆動軸中心ｓを配置している。これにより、低圧段ロータの雄ロータ吸込側軸受７、雌ロータ吸込側軸受９、高圧段雄ロータ吸込側軸受１２、および雌ロータ吸込側軸受の４個の軸受間に空間が形成される。そしてこの空間に駆動軸２３に取り付けられる円筒ころ軸受８を配置し、さらに、可能な限りこれら５個の軸受相互間の距離を小さくすることで、圧縮機の高さ方向の寸法を最小限に抑えることが可能となる。
【００２４】
なお、第１の実施例で示したように、駆動軸２３を支持する円筒ころ軸受８をケーシング１内に配置すると、ギヤケーシング２２の軸方向寸法を短くすることが可能になる。しかしながら、圧縮機本体の吸込側の４個の軸受７、９ａ、９、１２の外輪と軸受８の外輪が干渉しないように配置する必要がある。そのため、高圧段と低圧段の距離はこの軸受の大きさから決定される。なお、メンテナンスや組立て性を考慮すると、駆動軸２３に円錐ころ軸受２５などを組付けた状態でケーシングに保持された軸受８の外輪に駆動軸２３を挿入しなければならない。本第２の実施例では、この点を改善している。
【００２５】
図３において、円筒ころ軸受８はギヤーケーシング内に設置されているので、第１の実施例に比べて圧縮機の軸方向長さが若干長くなる。しかしながら、圧縮機の吸込側の４個の軸受７、９、９ａ，１２と円筒ころ軸受８の軸方向位置が異なるので、軸受からの排油の流出の抵抗にならない範囲内で、圧縮機の吸込側の４個の軸受に対して軸受８を自由な位置に配置することができる。つまり、ロータ軸直角断面内で４個の軸受と軸受８が干渉しても差し支えない位置に配置できる。そのため、円筒ころ軸受８の外輪を保持する部材３０をギヤケーシング２２のケーシング１側のフランジ面近傍に配置した。さらに、低圧段被駆動歯車２０と高圧段被駆動歯車２１が干渉しないで、部材３０をギヤケーシング２に保持するように支持部材３０，３１，３２，３３を設けた。
【００２６】
したがって、本実施例では、高圧段と低圧段のロータ軸間隔を、第１の実施例よりもさらに短くすることができ、スクリュー圧縮機の上下方向の高さを低くしなければならない場合に特に効果がある。また、メンテナンス時や組立て時に、ギヤーケーシング２２内へ駆動軸２３に関する部品をまとめて組付けた後、ロータや歯車ケーシング１に組付けるだけでよく、作業性が向上する。
【００２７】
以上の各実施例によれば、モータも含めた２段の油冷式圧縮機において、ロータ軸方向寸法を従来多用されているタンデム配置より大幅に短くでき、圧縮機の小型化が可能となる。また、低圧段及び高圧段ロータを支持し、各ロータの吸込み側に設けた４個の軸受と駆動軸を支持する軸受１個の合計５個の軸受相互の間隔を短くすることが可能になり、圧縮機の高さ寸法を低減できる。また、モータ部の潤滑にはグリースが不要となり、モータの軸受は圧縮機の軸受と同様に清浄な油で強制潤滑および冷却されるので、モータの潤滑不良を防止でき、信頼性を向上できる。カップリングも不要のため芯出し等の作業もなくメンテナンスが容易である。さらに駆動軸及び各ロータの端部に取付けられた歯車を組合わせるだけで、ロータの回転数を自由に設定できるので、シリーズ設計およびロータ部品の共用化が容易になる。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、モータをオーバーハング構造としたので、小型コンパクトな油冷式スクリュー圧縮機を実現できる。また、モータを油潤滑としたので、信頼性の高いモータを備えた２段の油冷式スクリュー圧縮機を提供できる。さらに、駆動軸と各ロータの接続を歯車接続としたので、ロータのシリーズ設計や部品の共通化が容易になる。さらに、各軸を一方向からケーシングに挿入し、その端部に歯車を取付けるようしているので、メンテナンスが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る油冷式スクリュー圧縮機の第１実施例の正面図を断面で示した図。
【図２】図１に示した実施例の上面図を断面で示した図。
【図３】本発明に係る油冷式スクリュー圧縮機の第２実施例の正面図を断面で示した図。
【図４】図３に示した実施例の上面図を断面で示した図。
【図５】図３のＡ−Ａ断面図。
【符号の説明】
１；ケーシング、２；低圧段雄ロータ、
３；低圧段雌ロータ、４；高圧段雄ロータ、
５；高圧段雌ロータ、６；吸込口、
７、８；円筒ころ軸受、
１０；中間段通路、１２；円筒ころ軸受、
１３、１４；アンギュラ玉軸受、
１７；低圧段Ｄケーシング、１８；高圧段Ｄケーシング、
１９；駆動歯車、２０；低圧段被駆動歯車、
２１；高圧段被駆動歯車、２２；ギヤケーシング、
２３；駆動軸、２４；オイルシール、
２５；円錐ころ軸受、２６：モータロータ、
２７；モータステータ、２８；冷却ファン、
３０；軸受保持部材、３１〜３４；支持部材。

Claims

一つのケーシング内に雄ロータと雌ロータの対を２組回転自在に収納し、一方の組を低圧段圧縮機、他方の組を高圧段圧縮機とし、低圧段圧縮機の吸込ポートを前記ケーシングの上部に設けた油冷式２段スクリュー圧縮機において、
前記低圧段圧縮機を上部に、高圧段圧縮機を下部にそれぞれ配置し、前記低圧段圧縮機と前記高圧段圧縮機との間に挟まれて構成されるとともに低圧段圧縮機の吐出側と高圧段圧縮機の吸込側とを連通する中間通路を備え、
前記低圧段圧縮機および高圧段圧縮機の雄ロータには被駆動歯車が取付けられており、
この被駆動歯車に噛み合う駆動歯車を一端側に有し前記各ロータの反対側に延在したモータロータを備えてモータ軸と駆動歯車軸とを一体で構成した駆動軸と、前記の２個の被駆動歯車と駆動歯車とを収容し前記ケーシングに隣接するギヤケーシングと、前記駆動軸を支持し前記駆動歯車より軸端部に位置する第１の軸受と、前記駆動軸を支持し前記駆動歯車と前記モータロータとの間に位置する第２の軸受とを備え、
ロータに垂直な断面において、低圧段雄ロータ中心、低圧段雌ロータ中心、高圧段雄ロータ中心および高圧段雌ロータ中心の４点を結ぶ四角形の範囲内に前記駆動軸中心が配置され、
前記駆動軸のモータロータ部が前記第１の軸受と前記第２の軸受とでオーバーハング支持されることを特徴とする油冷式２段スクリュー圧縮機。
前記駆動軸は、前記第１の軸受を前記ケーシングに保持したことを特徴とする請求項１記載の油冷式２段スクリュー圧縮機。
前記駆動軸は、前記第１の軸受を前記ギヤケーシングに保持したことを特徴とする請求項１記載の油冷式２段スクリュー圧縮機。
前記第１の軸受及び第２の軸受を油潤滑としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の油冷式２段スクリュー圧縮機。