JP2005069186A - 油冷式スクリュ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 たとえ、ラジアル軸受やスラスト軸受を潤滑する油にフォーミングが発生しても、焼き付き、かじり等の機械的なトラブルの発生を防止することを可能ならしめる油冷式スクリュ圧縮機を提供する。
【解決手段】 互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータ３，４がケーシング２内に収容され、前記雌雄一対のスクリュロータ３，４それぞれのロータ軸３ａ，４ａから伝達されるラジアル力を受持つラジアル軸受７が設けられると共に、吐出ガスから分離回収された油を潤滑油として前記ラジアル軸受７に供給する油供給管路が設けられてなる油冷式スクリュ圧縮機において、前記ラジアル軸受７のロータ軸３ａ，４ａに相対する面をポリエーテルエーテルケトンで覆う構成とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ケーシング内に収容され、吐出ガスから分離回収された油が潤滑油として供給されるラジアル軸受、スラスト軸受により支持されてなる、互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータを備えた油冷式スクリュ圧縮機に関するものである。

ケーシング内に収容され、吐出ガスから分離回収された油が潤滑油として供給されるラジアル軸受、スラスト軸受により支持されてなる、互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータを備えた油冷式スクリュ圧縮機が知られている。以下、このような油冷式スクリュ圧縮機（従来例）の概要を、その全体を示す模式的説明図の図５を参照しながら説明する。

図５に示す符号Ｃ１は、従来例に係る油冷式スクリュ圧縮機である。この油冷式スクリュ圧縮機Ｃ１では、スクリュ圧縮機本体５１の吐出流路５２に油分離回収器５３が介設されており、この油分離回収器５３の下部は油溜まり部５４となっている。この油溜まり部５４の底部からは油冷却器５５を介してスクリュ圧縮機本体５１内の図示しないロータ室、軸受・軸封部に至る油供給流路５６が延びている。一方、この油分離回収器５３の二次側の吐出流路５２の部分は油分離回収器５３の上部から延びている。

この油冷式スクリュ圧縮機Ｃ１は、例えばベンゼン、トルエンあるいはキシレンのような潤滑油粘度阻害成分である低分子、即ち分子量が７０〜１２０程度のハイドロカーボン（粘度：約０．６Ｓｃｔ）を含有するガスを圧縮するもので、分子量が３５０〜４５０程度、粘度が３２Ｓｃｔの高分子のハイドロカーボンからなる鉱油系の潤滑油が使用されている。また、この潤滑油は、前記潤滑油粘度阻害成分が飽和状態になるまで溶解しても許容値以上の粘度を保つ種類のもので、例えばポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）のようなものである。そして、前記潤滑油粘度阻害成分を含有した吸込ガスを油供給流路５６から潤滑油の注入を受けつつ圧縮する。次いで、圧縮ガスを、前記ロータ室および軸受・軸封部に供給され、吐出口に導かれた潤滑油と共に油分離回収器５３に向けて吐出し、ここで気液分離するようになっている。分離された潤滑油は油溜まり部５４に一旦溜められる一方、潤滑油が分離されてクリーンな状態となった圧縮ガスは油分離回収器５３の上部から延びる吐出流路５２の部分に送り出される。

油溜まり部５４内の下部には、圧縮ガスから分離され、回収された潤滑油の層Ｌが常時形成されており、圧縮ガスから分離された潤滑油粘度阻害成分の蓄積が続くと、飽和状態まで潤滑油に溶け込むが、それ以上の蓄積が続いても潤滑油には溶け込まない。この潤滑油粘度阻害成分の比重は潤滑油のそれよりも小さいため、やがて潤滑油の層Ｌの上面にこの潤滑油粘度阻害成分の層Ｕが形成され、増大して行く。そして、下部の層Ｌを形成する潤滑油は溶解した潤滑油粘度阻害成分を含んでいても許容値以上の粘度を保ち、油供給流路５６を介して前記ロータ室、軸受・軸封部に供給された後、前記吐出口から再度油分離回収器５３に導かれる。一方、潤滑油に溶解することなく潤滑油の層Ｌの上面に層Ｕを形成した潤滑油粘度阻害成分は、適当な時間間隔で開閉弁５７を開くことにより吐出圧力下の油分離回収器５３から排液流路５８へと排出される。従って、上述したような簡単な構成で、スクリュ圧縮機本体５１には、許容値以上の粘度を保った潤滑油のみを導き、軸受、歯車等を保護するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、従来の油冷式スクリュ圧縮機においては、そのスクリュロータを支持する軸受の材質として、ホワイトメタル、またはアルミニウム合金が広く使用されている（例えば、非特許文献１参照。）。
特開２０００−１８６６８８号公報 Ｒ＆Ｄ神戸製鋼技報 Vol.49 No.1 33頁 APRIL 1999

上記特許文献１や非特許文献１には詳細に記載されていないが、例えば、ラジアル軸受へのロータ軸の嵌合状態説明図の図６に示すように、ラジアル軸受７２のロータ軸７１に相対する面、つまり内周面には油溝７２ｂが刻設されている。そして、このラジアル軸受７２の外周から油溝７２ｂに連通し、このラジアル軸受７２の内周面とロータ軸７１の外周面との間に油（潤滑油）を供給する給油孔７２ａが穿設されている。油冷式スクリュ圧縮機の場合、ラジアル軸受７２に供給される油の圧力は、ほぼ吐出圧力と同等であり、そして油にはガスが溶け込んでいる場合が多い。また、ラジアル軸受７２から排出される油の圧力は、ほぼ油冷式スクリュ圧縮機の吸込圧力と同等である。ところが、ラジアル軸受７２の油溝７２ｂに介在する油の圧力は、油冷式スクリュ圧縮機の吐出圧力と吸込圧力との中間圧力になっている。

つまり、油は油溝７２ｂにおいて、油冷式スクリュ圧縮機の吐出圧力と同等の圧力から吐出圧力と吸込圧力との中間圧力に減圧されるため、減圧に際して油に溶け込んでいるガスが析出し、いわゆるフォーミング（泡立ち）が発生する。このフォーミング状態の油がロータ軸７１に巻き込まれて荷重Ｗが作用する受圧面７２ｃに多量に供給されると、ラジアル軸受７２の受圧面７２ｃが油膜切れを起こすことになる。従って、ロータ軸７１とラジアル軸受７２とが直接接触し、軸や軸受に焼き付き、かじり等の機械的なトラブルが発生する虞が生じる。ところで、以上では、ラジアル軸受の場合を例として説明したが、油冷式スクリュ圧縮機のロータ軸のスラスト力を受持つスラスト部材とスラスト軸受の場合にあっても同様である。

上記特許文献１は、油冷式スクリュ圧縮機の軸受等の保護のため、その軸受等に許容値以上の粘度を保った潤滑油のみを導くという有効な手段を開示するものである。しかしながら、上記のような油のフォーミングに伴うトラブルを解決するための手段を開示するものではない。なお、このような油のフォーミングに伴うトラブルの発生の虞は、油冷式スクリュ圧縮機に特有のものであって、例えば、縦型のスクロール圧縮機には発生し難いものである。即ち、このスクロール圧縮機が冷凍機に使用されている場合には、冷媒ガス中に潤滑油が混入した状態で圧縮されて吐出される。スクロール圧縮機の底部に溜まった、冷媒ガスが溶け込んでいる油の圧力は吐出圧力であり、また軸受から排出される油の圧力は吸込圧力である。この差圧によって、スクロール圧縮機の底部に溜まっている油を偏心軸受まで穴から吸い上げている。この場合、偏心軸受にスクロールの遠心力に起因する荷重が作用するが、スクロールの中心は振り回されているので、荷重が作用する位置が常に変化することになる。従って、減圧によって油にフォーミングが発生しても、減圧状態がすぐ解消（減圧と加圧とが短時間の間に切り替わる。）されるからである。

従って、本発明の目的は、たとえ、ラジアル軸受やスラスト軸受を潤滑する油にフォーミングが発生しても、焼き付き、かじり等の機械的なトラブルの発生を防止し得る油冷式スクリュ圧縮機を提供することである。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、従って上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る油冷式スクリュ圧縮機が採用した手段は、互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータがケーシング内に収容され、前記雌雄一対のスクリュロータそれぞれのロータ軸に摺接して、このロータ軸から伝達されるラジアル力を受持つラジアル軸受が設けられると共に、吐出ガスから分離回収された油を潤滑油として前記ラジアル軸受に供給する油供給手段が設けられてなる油冷式スクリュ圧縮機において、前記ラジアル軸受のロータ軸に相対する面が樹脂材料で覆われてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項２に係る油冷式スクリュ圧縮機が採用した手段は、互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータがケーシング内に収容され、前記雌雄一対のスクリュロータそれぞれのロータ軸の一方に嵌着された円板状のスラスト部材を挟む位置に、前記スクリュロータからスラスト部材に伝達されるスラスト力を受持つスラスト軸受が設けられると共に、吐出ガスから分離回収された油を潤滑油として前記スラスト軸受に供給する油供給手段が設けられてなる油冷式スクリュ圧縮機において、前記スラスト軸受のスラスト部材に相対する面が樹脂材料で覆われてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項３に係る油冷式スクリュ圧縮機が採用した手段は、互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータがケーシング内に収容され、前記雌雄一対のスクリュロータそれぞれのロータ軸に摺接して、このロータ軸から伝達されるラジアル力を受持つラジアル軸受が設けられ、かつ前記雌雄一対のスクリュロータそれぞれのロータ軸の一方に嵌着された円板状のスラスト部材を挟む位置に、前記スクリュロータからスラスト部材に伝達されるスラスト力を受持つスラスト軸受が設けられると共に、吐出ガスから分離回収された油を潤滑油として前記ラジアル軸受およびスラスト軸受に供給する油供給手段が設けられてなる油冷式スクリュ圧縮機において、前記ラジアル軸受のロータ軸に相対する面と前記スラスト軸受のスラスト部材に相対する面とが樹脂材料で覆われてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項４に係る油冷式スクリュ圧縮機が採用した手段は、請求項１乃至３のうちの何れか一つの項に記載の油冷式スクリュ圧縮機において、前記樹脂材料は、ポリエーテルエーテルケトンであることを特徴とするものである。

本発明の請求項１乃至４に係る油冷式スクリュ圧縮機では、油供給手段により吐出ガスから分離回収された油が潤滑油としてラジアル軸受および／またはスラスト軸受に供給される。そして、減圧により油にフォーミングが発生して軸受の受圧面において油膜切れが発生しても、軸受の表面が樹脂材料で覆われているため、ロータ軸とラジアル軸受の金属とが直接接触することがなく、またロータ軸に嵌着されているスラスト部材とスラスト軸受の金属とが直接接触することがない。従って、フォーミングに起因してロータ軸、スラスト部材、ラジアル軸受、およびスラスト軸受に焼き付き、かじり等の機械的なトラブルが発生するような虞がない。

以下、本発明の形態に係る油冷式スクリュ圧縮機を、添付図面を順次参照しながら説明する。図１は本発明の油冷式スクリュ圧縮機の軸受配設構成を示す主要部断面図であり、図２はラジアル軸受部の拡大図であり、図３はスラスト軸受の潤滑構成を示す模式的説明図である。

図に示す符号１は、本発明の形態に係る油冷式スクリュ圧縮機であって、この油冷式スクリュ圧縮機１はケーシング２を備えている。このケーシング２内には、互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータ３，４が収容されている。これら雌雄一対のスクリュロータ３，４のうち、一方のスクリュロータ３は図示しないモータにより回転され、そして他方のスクリュロータ４は前記一方のスクリュロータ３の回転に付随して回転されるように構成されている。これら雌雄一対のスクリュロータ３，４それぞれのスクリュを中心とする両側のロータ軸３ａ，４ａは、前記ケーシング２の開口端にボルト締結されてなる軸受ケース５，６に形成されてなる軸受箱に嵌着された、後述する構成になるラジアル軸受７によって支持されている。また、これら雌雄一対のスクリュロータ３，４のスクリュを中心とする、図１における左側のロータ軸３ａ，４ａの前記ラジアル軸受７の外側に円板状のスラスト部材８がキーを介して嵌着されている。

そして、スラスト部材８の面が摺接するスラスト軸受９が、このスラスト部材８の両側を挟むように配設されている。このスラスト部材８のラジアル軸受７側の面に摺接するスラスト軸受９は、前記軸受ケース５の端面にフランジ部がボルト締結されてなる第１軸受抑え１０の凹所に嵌着されることにより支持されている。また、このスラスト部材８の反ラジアル軸受７側の面に摺接するスラスト軸受９は、前記軸受ケース５の端面に前記第１軸受抑え１０のフランジ部に重ねられてフランジ部がボルト締結されてなる第２軸受抑え１１の凹所に嵌着されることにより支持されている。なお、これら第１，２軸受抑え１０，１１は、何れも軸受ケース５の端面にボルト締結される軸受抑え本体と、この軸受抑え本体にボルトにより締結され、スラスト軸受９が嵌着される嵌着凹所を有する軸受支持部材とからなる構成になっている。

前記ラジアル軸受７のロータ軸３ａ，４ａが摺動する側の内周面には、図２に示すように、油溝７ｂが刻設されている。また、このラジアル軸受７の外周面側から前記油溝７ｂに連通する給油孔７ａが穿設されており、図示しない油分離回収器により吐出ガスから分離回収され、ほぼ吐出ガス圧力と同等の圧力の油が、図示しない給油手段（油供給管路）を介して前記給油孔７ａに供給されるように構成されている。そして、このラジアル軸受７の内周面は、耐熱性、耐摩耗性が優れると共に、起動時の摩擦係数が低い樹脂材料である、図示しないポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫという。）層で覆われている。前記ＰＥＥＫ層は、裏金に中間層を介して接着、または接合されており、２ｍｍ程度の層厚を備えている。これらラジアル軸受７から軸受ケース５，６の内部空間に排出された油は、ガス吸込口から油冷式スクリュ圧縮機のガス圧縮室（スクリュ収容室）内に吸引されるように構成されている。

前記スラスト軸受９には、図１および図３に示すように、第１軸受抑え１０と第２軸受抑え１１との内側に形成され、シール１２ａで軸封されてなる油流出入空間１２に供給される油により潤滑されるように構成されている。より詳しくは、第１軸受抑え１０の外周から油流出入空間１２に連通する給油孔１０ａが、第１軸受抑え１０の前後の２箇所、つまりスラスト部材８を挟む両側に穿設されている。これら給油孔１０ａのそれぞれには、オリフィス１３ａが介装されてなる油供給手段である油供給管路１３が分岐して連通しており、ラジアル軸受７の場合と同様に、図示しない油分離回収器により吐出ガスから分離回収された、ほぼ吐出ガス圧力と同等の圧力の油が供給されるように構成されている。

また、第１軸受抑え１０の外周の２つの給油孔１０ａの中間位置に油戻し孔１０ｂが穿設されている。この油戻し孔１０ｂは、油戻し管路１４を介して油冷式スクリュ圧縮機のガス圧縮室（スクリュ収容室）に通じるガス吸込口に連通しており、油流出入空間１２内のスラスト軸受９潤滑後の油がガス吸込口に吸引されるように構成されている。そして、このスラスト軸受９のスラスト部材８に相対する表面は、耐熱性、耐摩耗性が優れると共に、起動時の摩擦係数が低い、図示しないＰＥＥＫ層によって覆われている。このＰＥＥＫ層は、ラジアル軸受７の場合と同様に、裏金に中間層を介して接着、または接合されており、２ｍｍ程度の層厚を備えている。

以下、上記構成になるラジアル軸受７を備えてなる油冷式スクリュ圧縮機１の作用態様を説明する。即ち、油供給管路により吐出ガスから分離回収された油が潤滑油としてラジアル軸受７に供給される。そして、減圧により油にフォーミングが発生してラジアル軸受７の受圧面において油膜切れが発生しても、ラジアル軸受７の表面がＰＥＥＫ層で覆われているため、ロータ軸３ａまたは４ａとラジアル軸受７の金属とが直接接触するようなことがない。従って、上記構成になるラジアル軸受７を備えてなる油冷式スクリュ圧縮機１によれば、従来例に係る油冷式スクリュ圧縮機のように、フォーミングに起因してロータ軸３ａまたは４ａやラジアル軸受７が焼き付き、かじり等が発生するというような機械的なトラブルを起こすような虞がない。

また、上記構成になるスラスト軸受９を備えてなる油冷式スクリュ圧縮機１の作用態様を説明すると、油供給管路１３により吐出ガスから分離回収された油が潤滑油として、油流出入空間１２を介してスラスト軸受９に供給される。そして、減圧により油にフォーミングが発生してスラスト軸受９の受圧面において油膜切れが発生しても、スラスト軸受９の表面がＰＥＥＫ層で覆われているため、スラスト部材８とスラスト軸受９の金属とが直接接触するようなことがない。従って、上記構成になるスラスト軸受９を備えてなる油冷式スクリュ圧縮機１によれば、従来例に係る油冷式スクリュ圧縮機のように、油のフォーミングに起因してスラスト部材８やスラスト軸受９が焼き付き、かじり等が発生するというような機械的なトラブルを起こすような虞がない。

本発明に係る油冷式スクリュ圧縮機１では、上記のとおり、スラスト軸受９に油を供給する油供給管路１３にはオリフィス１３ａが介装されているものの、油戻し管路１４にはオリフィスが介装されていない構成になっている。そのため、油流出入空間１２内の油の圧力が小型の吸込圧力に近くなるから、シール１２ａとロータ軸３ａ，４ａとの間からの油の漏出量が少なくなる。従って、本発明に係る油冷式スクリュ圧縮機１によれば、油の補充量が少なくて済み、油供給管路１３に介装する油ポンプを小型のものにすることができるから、油冷式スクリュ圧縮機装置に係る設備費に関して有利になるという経済効果も得られる。

ところで、以上の形態に係る油冷式スクリュ圧縮機１においては、上記のとおり、油供給管路１３にオリフィスが介装されると共に、油戻し管路１４にオリフィスが介装されていない構成の例を説明した。しかしながら、例えば、他の形態に係るスラスト軸受の潤滑構成を示す模式的説明図の図４に示すように、油供給管路１３にオリフィスを介装せずに、油戻し管路１４にオリフィス１４ａを介装した構成にすることができる。このような構成にすると、油流出入空間１２内の油の圧力が吐出圧力に近くなり、油にフォーミングが発生し難くなるという効果が得られる。但し、シール１２ａとロータ軸３ａ，４ａとの間からの油の漏出量が多くなって、油の補給量が増大するので、油供給管路１３に大型の油ポンプを介装する必要が生じる。

本発明の形態に係り、油冷式スクリュ圧縮機の軸受配設構成を示す主要部断面図である。 本発明の形態に係り、油冷式スクリュ圧縮機のラジアル軸部の部拡大図である。 本発明の形態に係り、油冷式スクリュ圧縮機のスラスト軸受の潤滑構成を示す模式的説明図である。 本発明の他の形態に係り、油冷式スクリュ圧縮機のスラスト軸受の潤滑構成を示す模式的説明図である。 従来例に係り、油冷式スクリュ圧縮機の全体を示す模式的説明図である。 ラジアル軸受へのロータ軸の嵌合状態説明図である。

符号の説明

１…油冷式スクリュ圧縮機
２…ケーシング
３…スクリュロータ，３ａ…ロータ軸
４…スクリュロータ，４ａ…ロータ軸
５，６…軸受ケース
７…ラジアル軸受，７ａ…給油孔，７ｂ…油溝
８…スラスト部材
９…スラスト軸受
１０…第１軸受抑え，１０ａ…給油孔，１０ｂ…油戻し孔
１１…第２軸受抑え
１２…油流出入空間，１２ａ…シール
１３…油供給管路，１３ａ…オリフィス
１４…油戻し管路，１４ａ…オリフィス

Claims (4)

1. 互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータがケーシング内に収容され、前記雌雄一対のスクリュロータそれぞれのロータ軸に摺接して、このロータ軸から伝達されるラジアル力を受持つラジアル軸受が設けられると共に、吐出ガスから分離回収された油を潤滑油として前記ラジアル軸受に供給する油供給手段が設けられてなる油冷式スクリュ圧縮機において、前記ラジアル軸受のロータ軸に相対する面が樹脂材料で覆われてなることを特徴とする油冷式スクリュ圧縮機。
2. 互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータがケーシング内に収容され、前記雌雄一対のスクリュロータそれぞれのロータ軸の一方に嵌着された円板状のスラスト部材を挟む位置に、前記スクリュロータからスラスト部材に伝達されるスラスト力を受持つスラスト軸受が設けられると共に、吐出ガスから分離回収された油を潤滑油として前記スラスト軸受に供給する油供給手段が設けられてなる油冷式スクリュ圧縮機において、前記スラスト軸受のスラスト部材に相対する面が樹脂材料で覆われてなることを特徴とする油冷式スクリュ圧縮機。
3. 互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータがケーシング内に収容され、前記雌雄一対のスクリュロータそれぞれのロータ軸に摺接して、このロータ軸から伝達されるラジアル力を受持つラジアル軸受が設けられ、かつ前記雌雄一対のスクリュロータそれぞれのロータ軸の一方に嵌着された円板状のスラスト部材を挟む位置に、前記スクリュロータからスラスト部材に伝達されるスラスト力を受持つスラスト軸受が設けられると共に、吐出ガスから分離回収された油を潤滑油として前記ラジアル軸受およびスラスト軸受に供給する油供給手段が設けられてなる油冷式スクリュ圧縮機において、前記ラジアル軸受のロータ軸に相対する面と前記スラスト軸受のスラスト部材に相対する面とが樹脂材料で覆われてなることを特徴とする油冷式スクリュ圧縮機。
4. 前記樹脂材料は、ポリエーテルエーテルケトンであることを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一つの項に記載の油冷式スクリュ圧縮機。
   
   

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