JP4248055B2

JP4248055B2 - 油冷式スクリュー圧縮機

Info

Publication number: JP4248055B2
Application number: JP28067498A
Authority: JP
Inventors: 優和青木; 正彦高野
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 1998-10-02
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2018-10-02
Also published as: JP2000110760A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は雄ロータ及び雌ロータ対を２組有する油冷式の圧縮機に係り、特に２組のロータ対を同一ケーシングに収納する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8-109887号公報に記載のように低圧段と高圧段の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及び低圧段のロータを収納していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
２段に構成された油冷式のスクリュー圧縮機では、特開平8-109887号公報に記載のように低圧段と高圧段のロータおよびケーシングをタンデムに配列すると、ロータ軸方向の寸法が長くなり機器の小型化の面で不十分であった。また、この公報に記載のものは、ロータ軸がモータに直結されているのでロータの設定回転数を変更することが困難であり、圧縮機の仕様毎に異なった諸元のロータを製作する必要があった。
【０００４】
特開昭48-21806号公報に記載のものは、ロータ軸方向の寸法は比較的短く抑えられているが、高圧段と低圧段の吐出方向が逆向きであり、組立て時に反転を繰り返しながら、スラスト荷重を負荷するアンギュラ玉軸受を取付ける必要があった。また、圧縮機のメンテナンス時にロータをケーシングから抜き取る際に、高圧段と低圧段いずれかを駆動軸方向に引き抜く必要があり、原動機をあらかじめ移動しておく等の余分な作業が必要であった。特に、2段圧縮機は１５０ｋＷ以上の大型機が一般的であり、これらの作業性の悪さはメンテナンスコストの大幅な上昇につながる。
【０００５】
２段圧縮機では、低圧段のロータを１サイズまたは２サイズ大型の機種の高圧段のロータに使用して部品の共通化を図っている。低圧段と高圧段の各軸端にピニオンギヤを設け、それぞれを共通のブルギヤで駆動する場合には、高圧段と低圧段の捩れ方向を逆に加工する必要がある。そのため、ロータのシリーズ設計を行う上で共通化が困難である。
【０００６】
本発明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。本発明の他の目的は、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。本発明のさらに他の目的は、メンテナンスの容易な２段の油冷式スクリュー圧縮機を提供することにある。
【０００７】
【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、同一のケーシング内に雄ロータと雌ロータの対を2組回転自在に並べて収納し、一方のロータ対が低圧段、他方のロータ対が高圧段を形成し、前記高圧段のロータ対が前記低圧段のロータ対よりも短い油冷式スクリュー圧縮機において、前記低圧段は作動ガスの吸込み方向がラジアル方向であり、前記高圧段は作動ガスの吸込み方向がアキシャル方向であり、前記高圧段と前記低圧段は、ともに吐出方向が軸方向であり、
前記低圧段と前記高圧段に挟まれた空間に設けられ、前記低圧段から吐出される吐出ガスを前記高圧段に導く中間段通路と、前記中間段通路と前記高圧段の吸込側との間に位置し、中間段通路を通過したガスの方向を転換する方向転換部と、前記ケーシングの吐出側に取り付けられる複数のＤケーシングと、前記ケーシングの吸込み側に取り付けられるギヤケーシングとを備え、前記高圧段と前記低圧段の吐出側の端面を揃えたものである。
【０００８】
また好ましくは、ケーシングの上部に低圧段をなす雄ロータと雌ロータ対を水平に配列し、前記中間段通路を前記ロータ対の下部に配置し、さらにその下部に高圧段の雄ロータと雌ロータ対を水平に配列したものである。より好ましくは、ケーシングの吐出側に、高圧段のロータ対を支持する軸受を保持する高圧段Ｄケーシングと、低圧段のロータ対を支持する軸受を保持する低圧段Ｄケーシングとを設け、この低圧段Ｄケーシングに、低圧段から吐出される吐出ガスをケーシングの中段に形成された中間段通路に導く空間を形成し、高圧段Ｄケーシングには吐出口を形成したものである。
【０００９】
このように構成することで、圧縮機本体のロータ軸方向寸法を従来のタンデム配置の圧縮機より大幅に短くした。また、一般的に高圧段ロータは低圧段ロータよりも短いから、高圧段と低圧段のロータ長さの差を利用して各段の吸込ポートを設けて、軸方向の長さを極力低減した。さらに、吐出側のスラスト軸受を収納するＤケーシングを高圧段と低圧段とで別個に設けた。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る油冷式２段スクリュー圧縮機の縦断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。油冷式スクリュー圧縮機は、低圧段部分と高圧段部分がケーシングを共有している。低圧段部分はケーシング１の上部に配置されており、低圧段雄ロータ２と低圧段雌ロータ３は、円筒ころ軸受７により吸込側の軸部を回転自在に支承されている。また、アンギュラ玉軸受１３により吐出側の軸部を回転自在に支承されている。そしてこれらの軸受７、１３は、ケーシング１に保持されている。低圧段に吸込まれる作動ガスは、低圧段のロータ２、３のラジアル方向から吸込まれる。すなわち、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、回転する低圧段ロータ２、３の歯溝にラジアル方向から流入する。本実施例においては、低圧段ロータ２、３の吸込側の軸部に対応するケーシング部分の軸方向長さは、円筒ころ軸受７を取付ける長さだけあればよい。
【００１１】
スクリュー圧縮機において、ラジアル方向からガスを吸い込むものでは、高温の吐出側のガスと潤滑油がロータ間の噛み合い隙間からラジアル方向の吸込ポートへ漏れると、吸込ガスの温度を上昇させて体積効率を低下させる場合がある。本実施例においては、２段圧縮機として各段の圧縮比を小さくしているので、この影響をほとんど無視できる。しかも、大型の圧縮機に適用されることが多い２段圧縮機では、大量の吸込ガスを扱うので、吸込ガスの流れ方向を１８０度転換する必要のあるアキシャル吸込構造よりもラジアル吸込の方が吸込み抵抗が小さい。その結果、限られたスペースで高い吸込効率を達成することができる。
【００１２】
圧縮機内に吸込まれた作動ガスは、低圧段における圧縮過程で潤滑油が注入される。低圧段の雄ロータ２と雌ロータ３により形成される圧縮室内で圧縮された作動ガスは、ケーシングの低圧段側のロータ挿入部の壁面に形成された低圧段ラジアル方向吐出ポート８と低圧段Ｄケーシング１７のロータ吐出側端面に形成された低圧段アキシャル方向吐出ポート９を出て、ケーシング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。
【００１３】
中間段通路１０へも潤滑油が噴射され、圧縮ガスを冷却する。中間段通路１０は高圧段のロータ４、５の長さに相当するだけ形成する。中間段を流れる間に十分にガスと噴射される油が熱交換され、中間冷却の効果が上げられ、圧縮機が高い効率を達成できる。中間段で冷却されたガスは、高圧段の吸込ポート１１で流れの向きを変えられ、高圧段ロータのアキシャル方向から高圧段雄ロータ４と高圧段雌ロータ５が形成する空間に吸込まれる。
【００１４】
高圧段部分はケーシング１の下部に配置されており、高圧段雄ロータ４と雌ロータ５は円筒ころ軸受１２により吸込側の軸部を回転自在に支承され、アンギュラ玉軸受１４により吐出側の軸ぶを回転自在に支承されている。低圧段と同様に、軸受１２、１４は、ケーシング１内に保持されている。中間段から高圧段の吸込部にいたる通路には、すでに低圧段で昇圧されたガスが流入する。したがって、流速は低圧段吸込状態の１／３程度かあるいはそれ以下まで低下しており、アキシャル吸込の場合に生じる通路の曲がり等に起因する圧力損失を無視できる。
【００１５】
中間段通路を通過したガスを１８０度方向転換するために、高圧段の吸込側に方向転換部を設ける。これは、高圧段のロータが低圧段のロータより短いから、この差を利用するものである。そして、この場所に方向転換部を設けると、高圧段と低圧段の吐出側の端面をほぼ同一面に揃えることも可能になる。この結果、ケーシングの小型化および加工の容易化が図れる。
【００１６】
高圧段の雄ロータ４と雌ロータ５間に形成される圧縮室でさらに所定の圧力まで昇圧された作動ガスは、ケーシング１の高圧段側のロータ挿入部の壁面に形成された高圧段ラジアル方向吐出ポート１５と高圧段Ｄケーシングのロータ吐出側端面に形成された高圧段アキシャル方向吐出ポート１６から流出し、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】
なお、本実施例においては、各段のロータの吸込方向と吐出方向を同一にしているので、ロータに作用するスラスト荷重を負担するアンギュラ玉軸受１３、１４をＤケーシングに収容している。このＤケーシングはロータを収容するケーシングとは別個に設けられている。そして、低圧段のＤケーシング１７と高圧段のＤケーシング１８とは別体にしている。
【００１８】
低圧段のＤケーシング１７には低圧段アキシャル方向吐出ポート９が形成されており、この吐出ポート９はケーシング１の中間段通路１０へ連通する働きもする。
【００１９】
本実施例によれば、高圧段ロータ４，５のみ、または低圧段ロータ２，３のみを分解することが可能である。さらに、ロータを分解するためには駆動軸と反対の１方向だけ分解すればよく、ロータを抜出す作業が容易になる。もちろん、組立て時にも同様に高圧段と低圧段を同じ方向から組み立てればよく、メンテナンス性能を向上するのみならず製造時のコストをも低減できる。
【００２０】
高圧段と低圧段のロータをロータの捩れ方向が同一の相似形状とすることができるので、ロータの共用化設計が容易である。また、図示しない原動機の回転数を高圧段及び低圧段のロータの回転数に設定するために、歯車変速手段を用いている。この歯車変速手段は、駆動軸２３に取付けられたまたは形成されたブルギヤ１９と、このブルギヤに噛み合い所望の増速比が得られるピニオンギヤ２０、２１とからなり、これらギヤ１９、２０、２１は、ケーシング１に隣接して設けたギヤーケーシング２２で覆われている。なお、ピニオンギヤ２０、２１は、低圧段及び高圧段の雄ロータ軸端に取付ける。ギヤ１９、２０、２１の歯数を適宜組合わせることにより、原動機の回転数を所望の設計回転数に容易に設定できる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、油冷式スクリュー圧縮機において、低圧段ではラジアル方向から作動ガスを吸い込み、高圧段ではアキシャル方向からガスを吸い込んでいるので、高効率でかつ軸方向にコンパクトな油冷式スクリュー圧縮機が得られる。また、本発明によれば、メンテナンスが容易な油冷式スクリュー圧縮機を得ることができる。さらに、本発明によれば、ロータのシリーズ化設計が容易であり、部品の共通化による製造コストの低減も可能である。
【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一実施例の縦断面図。
【図２】図１に示した油冷式スクリュー圧縮機の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；円筒ころ軸受、８；低圧段ラジアル吐出ポート、
９；低圧段アキシャル吐出ポート、１０；中間段通路、
１１；高圧段吸込ポート、１２；円筒ころ軸受、
１３；アンギュラ玉軸受、１４；アンギュラ玉軸受、
１５；高圧段ラジアル吐出ポート、
１６；高圧段アキシャル吐出ポート、
１７；低圧段Ｄケーシング、
１８；高圧段Ｄケーシング、
１９；ブルギヤ、２０；低圧段ピニオンギヤ、
２１；高圧段ピニオンギヤ、２２；ギヤケーシング、
２３；駆動軸、２４；オイルシール、
２５；軸受。

Claims

同一のケーシング内に雄ロータと雌ロータの対を2組回転自在に並べて収納し、一方のロータ対が低圧段、他方のロータ対が高圧段を形成し、前記高圧段のロータ対が前記低圧段のロータ対よりも短い油冷式スクリュー圧縮機において、
前記低圧段は作動ガスの吸込み方向がラジアル方向であり、前記高圧段は作動ガスの吸込み方向がアキシャル方向であり、
前記高圧段と前記低圧段は、ともに吐出方向が軸方向であり、
前記低圧段と前記高圧段に挟まれた空間に設けられ、前記低圧段から吐出される吐出ガスを前記高圧段に導く中間段通路と、
前記中間段通路と前記高圧段の吸込側との間に位置し、中間段通路を通過したガスの方向を転換する方向転換部と、
前記ケーシングの吐出側に取り付けられる複数のＤケーシングと、
前記ケーシングの吸込み側に取り付けられるギヤケーシングとを備え、
前記高圧段と前記低圧段の吐出側の端面を揃えたことを特徴とする油冷式スクリュー圧縮機。
前記ケーシングの上部に前記低圧段をなす雄ロータと雌ロータ対を水平に配列し、前記中間段通路を前記ロータ対の下部に配置し、さらにその下部に高圧段の雄ロータと雌ロータ対を水平に配列したことを特徴とする請求項１に記載の油冷式スクリュー圧縮機。
前記ケーシングの吐出側に、高圧段のロータ対を支持する軸受を保持する高圧段Ｄケーシングと、低圧段のロータ対を支持する軸受を保持する低圧段Ｄケーシングとを設け、この低圧段Ｄケーシングに、低圧段から吐出される吐出ガスを前記ケーシングの中段に形成された前記中間段通路に導く空間を形成し、前記高圧段Ｄケーシングには吐出口を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の油冷式スクリュー圧縮機。