JP2008514865A - スクリュー圧縮機シール - Google Patents

Abstract

圧縮機は、第１の端部（３１）から第２の端部（３２）に延在し、第１のロータ軸（５００）を中心に回転するようにハウジングアッセンブリに収容されるスクリュー式の本体部分（３０）を備えた雄ロータ（２６）を含む。雌ロータ（２７、２８）は、雄本体部分と噛合し、第１の端部（３５、３６）から第２の端部（３７、３８）に延在し、かつ第２のロータ軸（５０１、５０２）を中心に回転するようにハウジングアッセンブリに収容されるスクリュー式の雌本体部分（３３、３４）を有する。端部シール（１２０）は、雌本体部分の第１の端部と係合するとともに第２の軸を中心に非対称な第１の面（１２６）を有する。

Description

本発明は圧縮機に関する。より詳細には、本発明は、エコノマイザを有するスクリュー式圧縮機のシールに関する。

スクリュー式圧縮機は、一般に、空調や冷凍の用途に使用される。このような圧縮機では、互いに噛合する雄および雌ローブ付きロータまたはスクリューが軸を中心に回転して、低圧の入口端部から高圧の出口端部へと作動流体（冷媒）を圧送する。回転中、雄ロータの連続するローブがピストンの働きをして、冷媒を下流へと送り、隣接する一対の雌ロータのローブとハウジングとの間における空間でこの冷媒を圧縮する。同様に、雌ロータの連続するローブは、隣接する一対の雄ロータのローブとハウジングとの間の空間で冷媒を圧縮する。圧縮が行われる雄ロータおよび雌ロータのローブ間の空間は、圧縮ポケットを形成する（あるいは、噛合領域で結合する共通の圧縮ポケットの雄部分および雌部分として記載される）。一実装形態では、雄ロータは、電気駆動モータと同軸であり、そのローブ付き作用部分の入口側および出口側において軸受により支持される。所与の１つの雄ロータに係合する複数の雌ロータが設けられてもよく、またはその逆でもよい。

ローブ間の空間の１つが入口（吸引）ポートに曝されると、冷媒が実質的に吸引圧力でこの空間に流入する。ロータが回転し続けると、回転のある時点でこの空間はもはや入口ポートと連通せず、冷媒の空間への流れは遮断される。入口ポートが閉じられた後、ロータが回転し続けるため、冷媒が圧縮される。回転の間のある時点で、各空間が対応する出口（吐出）ポートと交差して、閉じられた圧縮工程は終結する。入口ポートおよび出口ポートは、それぞれ、半径方向のポート、軸方向のポート、および軸方向ポートと半径方向ポートとの複合的な組合せであってもよい。

冷媒が入口ポートと出口ポートとの間の圧縮経路に沿って圧縮される際、効率的に作用するようにロータとハウジングとの間をシールすることが望ましい。スクリュー圧縮機内の全体の流量を増加させるために、エコノマイザが使用される。典型的なエコノマイザポートは、対応する吸引ポートから圧縮ポケットが遮断された直後に、この圧縮ポケットに曝されるように位置決めされて、ロータの長さに沿って配置される。この位置で、ロータ内に閉じ込められた冷媒ガスは吸引圧力に近い。吸引力を超える圧力でガスをエコノマイザポートに通すことにより、圧縮機内に大量のガスを流すことが可能になる。さらに、吸引が遮断された後にロータ内にガスを供給することにより、ロータ内に閉じ込められたガスの圧力が増加する。これにより、圧縮機に要求される仕事量が軽減される。また、エコノマイザ流は吸引圧力を超えるので、所与の冷媒全体の質量流に対する作用力が低減される。

スクリュー圧縮機用の吸引ポートは、軸方向ポート、半径方向ポート、または軸方向ポートと半径方向ポートとを組合せたポートとすることができる。半径方向の吸引ポートの遮断は、ロータを囲むボアによって画定される。軸方向ポートは、スクリューロータの噛合によって閉じられる。軸方向および半径方向の吸引ポートの典型的な構成では、半径方向ポートが閉じられる前、または半径方向ポートが閉じられるのと同時に、軸方向ポートが閉じられることが必要となる。

圧縮機をより小型にするためには、スクリューロータをより短くすることが望ましい。また、単一の雄ロータについて複数の雌ロータを、または単一の雌ロータについて複数の雄ロータを使用することにより、ロータのセットをより短くすることができる。ロータの長さを短くすることによって、圧縮経路がより短くなり、したがって、エコノマイザ流をロータに注入する際に要求／利用される機会および時間が最小限になる。

それでもなお、当技術分野では、依然として改良の余地が残されている。

ロータの長さを縮小する一方で、圧縮工程の長さを拡大させるには、半径方向の吸引ポートをより迅速に閉鎖する必要がある。しかし、半径方向吸引力を低減させることにより、軸方向吸引ポートを閉鎖するためのロータの噛合が適時に行われなくなる。より短い半径方向吸引ポートを許容するために、軸方向吸引ポートを閉鎖することが望ましい。有利には、これは、エコノマイザ流が吸引ポートへと戻るように漏出するのを防ぎ、さらに軸方向吸引流成分を許容するように軸方向吸引ポートの一部分を閉鎖することでなされる。

本発明の一態様は、雄ロータおよび雌ロータを含むハウジングアッセンブリを有する圧縮機である。雄ロータは、第１の端部から第２の端部に延在し、第１のロータ軸を中心に回転するようにハウジングアッセンブリに収容されたスクリュー式の雄本体部分を有する。雌ロータは、雄ロータ本体部分に噛合するスクリュー式の雌本体部分を有する。雌本体部分は、第１の端部から第２の端部に延在し、第２のロータ軸を中心に回転するようにハウジングアッセンブリに収容される。端部シールは、雌ロータ本体部分の第１の端部と係合するとともに、第２の軸を中心に非対称な第１の面を有する。

種々の実装形態において、端部シールは、第２のロータ軸を囲む完全な環状のベース部分と、第１の面を軸支する第２の部分と、を含んでもよい。第１の面は、基本的に３０°〜２７０°の範囲にある環状のセグメントであってもよい。第１の面は、部分的な円周方向の範囲にある。第１の面は、該雌本体部分の第１の端部におけるローブが後退している領域（ｌｏｂｅ−ｓｗｅｐｔ ａｒｅａ）の１／１２から３／４をシールする。第１の面は、ローブが後退している領域の１／４から１／２をシールしてもよい。モータは、第１のロータ軸を中心として少なくとも第１の方向に雄ロータを駆動するように雄ロータに結合されてもよい。雄ロータおよびモータは同軸とすることができる。モータは、ロータおよびステータを有する電気モータであってよく、雄ロータは、モータのロータ内へ延在して該ロータに固定されるシャフト部分を有してもよい。端部シールは、基本的に鋼で一体的に形成される。複数のねじ締め具で端部シールをハウジングアッセンブリに固定してもよい。

本発明の別の態様は、ハウジングアッセンブリと、噛合する雄ロータおよび雌ロータと、吸引プレナムおよび吐出プレナムと、を有する圧縮機を含む。雄ロータおよび雌ロータの本体部分は、ハウジングと協働して少なくとも吸引プレナムと吐出プレナムとの間における第１の圧縮経路を画定する。エコノマイザポートは、第１の圧縮経路に沿った中間位置にある。圧縮機は、吸引プレナムからの軸方向流成分を通過させる一方で、エコノマイザポートから吸引プレナムへの漏出を阻止する手段を含む。

上記手段は、円周方向に一定でないロータ係合面を有するロータ端部シールを備えてもよい。ロータ端部シールは、第２のロータ軸を囲む完全な環状のベース部分と、ロータ係合面を軸支する第２の部分と、を含んでもよい。ロータ係合面は、基本的に３０°〜２７０°の間の範囲にある環状のセグメントである。上記手段は、部分的な円周方向の範囲にあるロータ係合面を備えたロータ端部シールを有する。第２の雌ロータは、スクリュー式の雌ローブ付き本体部分を有し、雄ローブ付き本体部分と噛合する。

本発明の別の態様は、圧縮機を再製造するか、あるいは圧縮機の構成を基準となる状態から第２の状態に設計または再設計する方法を含む。この方法は、雌ロータ第１の端部をシールする軸方向のシールを設けるステップを含む。軸方向シールは、雌ロータ軸を中心に非対称のシール面を有する。軸方向シールは、軸を中心に対称なシール面を備えた基準のシールと取り替えられるか、または基準状態で軸方向シールを備えていない場所に配置される。圧縮機は、エコノマイザポートを含んでもよい。

本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細を、添付の図面および以下の説明について説明する。本発明のその他の特徴、目的および利点は、説明、図面および特許請求の範囲から明白になるであろう。

異なる図における同様の参照番号および符号は同様の要素を示す。

図１は、ハウジングアッセンブリ２２を有する圧縮機２０を示しており、該アッセンブリは、長手方向の中心軸５００，５０１，５０２をそれぞれ備えたロータ２６，２７，２８を駆動するモータ２４を有する。例示の実施形態では、雄ロータ２６は、圧縮機の中央に配置され、第１の端部３１と第２の端部３２との間に延在する雄ローブ付き本体つまり動作部分３０を有する。この動作部分３０は、雌ロータ２７，２８の各々の雌ローブ付き本体つまり動作部分３３，３４と噛合する。この動作部分３３，３４は、第１の端部３５，３６と、第２の端部３７，３８と、をそれぞれ有する。各ロータは、対応する動作部分の第１および第２の端部から延びるシャフト部分（例えば、対応する動作部分と一体的に形成されたスタブ３９，４０，４１，４２，４３，４４）を含む。これらのシャフトスタブは、それぞれ、対応するロータ軸を中心に回転するように１つまたは複数の軸受アッセンブリ５０によってハウジングに取付けられている。

例示の実施形態では、モータ２４は、ロータおよびステータを有する電気モータである。モータ２４によって軸５００を中心として雄ロータ２６が駆動されるように、雄ロータ２６の第１のシャフトスタブ３９の一部分がステータ内に延在して、該ステータに固定される。このように雄ロータが軸５００を中心として第１の方向に駆動されると、この雄ロータにより、雌ロータが軸５０１，５０２を中心として反対の第２の方向に駆動される。

ハウジングの表面は噛合したロータ本体と組み合わさって、入口ポートおよび出口ポートを、冷媒を圧縮して吸引（入口）プレナム６０から吐出（出口）プレナム６２に送る２対の圧縮ポケットへと画定する。雄および雌の圧縮ポケットの第１の対は、ハウジング、雄ロータ、および第１の雌ロータにより形成される。雄および雌の圧縮ポケットの第２の対は、ハウジング、雄ロータおよび第２の雌ロータにより形成される。各対では、このような１つポケットは、ロータに関連する各ロータの１対の隣接するローブの間に配置される。実装形態によって、ポートは、半径方向、軸方向、またはこの２つを組み合わせたものであってもよい。図１は、第１の入口ポート６６および第２の入口ポート６７を示す。例示的な入口ポート６６，６７は、半径方向の入口流成分５１０を許容する半径方向の構成要素と、軸方向の入口流成分５１２を放出する軸方向の構成要素と、を有する混成品（ハイブリッド）である（図２）。

図３は、ハウジングの内部表面を示しており、該内部表面は、各動作部分３０，３３，３４のローブの先端と近接して向かい合う／シールする関係にある環状の円筒部分７０，７１，７２を含む。部分７０および部分７１は、１対の対向する噛合領域７４で接し、部分７０および部分７２は、１対の対向する噛合領域７５で接する。さらにハウジング内部表面は、吸引ポートおよび吐出ポートを画成するように協働する部分を含み、部分７８がポート６６に対応し、部分７９がポート６７に対応する。圧縮機は、圧縮工程の中間段階（例えば、エコノマイザポートが、圧縮が開始した後に圧縮ポケットに曝され、かつ圧縮の１／２が行われる前に該ポケットから閉鎖されるような工程の最初の半分）で配置されるエコノマイザポート８０をさらに備える。

図４は、ロータのローブの上に位置する内部表面部分７０，７１，７２の投影図を示す。該表面部分は、各吸引ポートに対して対応する雄および雌ロータに沿った第１の縁部９０および第２の縁部９１と、各吐出ポートに対して対応する雄ロータおよび雌ロータに沿った第１の縁部９２および第２の縁部９３と、を有するように示されている。外周部９４は、各エコノマイザポート８０に対応するとともに、表面７０を貫通する独立した開口を画成する。各エコノマイザポート８０から対応する吸引ポートへと戻る漏出経路が設けられている。図４には、漏出経路９８が、隣接する表面７０の完全な円周部分１００、および隣接する表面７１の円周部分１０２または表面７２の円周部分１０４に延在する場合を示している。

図５は、雌ロータの吸引シール１２０を示す。例示的なシール１２０は、基本的に金属合金（例えば、鋼）で一体的に形成される。例示的なシール１２０は、矩形の半径方向切断面を有する完全な環状のリングとして形成されたベースつまり取付部分１２２を備え、該ベース部分は、上流端部つまり上流面１２４と、下流端部つまり下流面１２６と、を備え、この上流面と下流面との間に内側面１２８および外側面１３０を備える。シール部分１４０は、下流面１２６から延在するとともに、幹部１４２および本体部１４４を備えて形成される。例示の実装形態では、幹部および本体部は共に環状のセグメントである。幹部は、第１の円周端部１４６と第２の円周端部１４８との間に延在し、本体部は、第１の円周端部１５０と第２の円周端部１５２との間に延在する。例示の実装形態では、本体部の端部は、幹部の端部をわずかに超えて円周方向に突出している。例示の実装形態では、幹部の内側面および外側面は、ベースの内側面および外側面の延長部分として形成されている。本体部の内側面１５４および外側面１５６は、ベース部分の内側面および外側面に対して、それぞれ内側方向および外側方向に突出している。本体部１４４は下流面１５８を有する。

本体部の下流面１５８は、対応する漏出経路９８に沿って（（例えば、図４に示すように）部分１０２，１０４に沿って、およびこの部分１０２，１０４と連通する残りのローブポケット領域に沿って）ローブ間の空間をシールするのに十分な半径方向および円周方向の大きさを有する。さらに、図３に示すように、例示の本体部の外側面１５６は、対応する雌ロータのローブと実質的に等しい距離にあり、内側面１５４は、隣接するシャフトスタブに近接した半径方向位置にある（例えば、少なくともローブ間の谷の半径にあるか、またはこの半径を下回ることが望ましい）。例示の実装形態では、シール１２０は、シールをハウジングに固定するための締め具１６２（例えば、ねじ）を受ける長手方向の開口部１６０を有する。図２は、シールコンパートメント１７０に取付けられたシールベース部分１２２を示しており、上流面１２４が、少なくとも部分的にコンパートメントのベース面１７２に当接し、外側面１２８が、少なくとも部分的にコンパートメントの側壁面１７４に当接している。本体部１４４の下流面１５８は、ロータ本体の端部面３５および雄ロータの本体面３１の重なる部分に密接に面するまたは潤滑接触の関係にある。

本発明の１つまたは複数の実施形態を記載してきた。それでもなお、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、様々な変更形態を作成することができることが理解されよう。たとえば、既存の圧縮機の再設計または再製造として適用すると、既存の圧縮機の詳細は、個々の実装形態の詳細を左右または決定することがある。したがって、他の実施形態は、特許請求の範囲内にある。

本発明の原理による圧縮機の長手方向の断面図。 図１の圧縮機の吸引プレナム領域の拡大図。 図１の圧縮機を線３−３で切断した横断面図。 図１の圧縮機のロータに沿って突出したハウジング内部表面の図。 図１の圧縮機の雌ロータの吸引シールの図。

Claims (18)

1. ハウジングアッセンブリと、
   スクリュー式の雄本体部分を有する雄ロータであって、該雄ロータ本体部分が、第１の端部から第２の端部に延在するとともに、第１のロータ軸を中心に回転するように前記ハウジングアッセンブリに収容される、雄ロータと、
   前記雄本体部分と噛合するスクリュー式の雌本体部分を有する雌ロータであって、前記雌本体部分が、第１の端部から第２の端部に延在するとともに、第２のロータ軸を中心に回転するように前記ハウジングアッセンブリに収容される、雌ロータと、
   前記第２の軸を中心に非対称であり、前記雌本体部分の第１の端部と係合する第１の面を有する端部シールと、
   を備える圧縮機。
2. 前記端部シールが、前記第２のロータ軸を囲む完全に環状のベース部分と、前記第１の面を軸支する第２の部分と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記第１の面が、実質的に３０°〜２７０°の間の範囲にある環状のセグメントであることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
4. 前記第１の面が、部分的な円周方向の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
5. 前記第１の面が、前記雌本体部分の前記第１の端部におけるローブが後退している領域の１／１２から３／４をシールすることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
6. 前記第１の面が、前記雌本体部分の前記第１の端部におけるローブが後退している領域の１／４から１／２をシールすることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
7. 前記第１のロータ軸を中心に少なくとも第１の方向に前記雄ロータを駆動するように前記雄ロータに結合されたモータをさらに備え、
   前記モータおよび前記雄ロータが同軸であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
8. 前記モータが、ロータおよびステータを有する電気モータであり、
   前記雄ロータが、前記モータのロータ内へ延在するとともに該ロータに固定されるシャフト部分を有することを特徴とする請求項７に記載の圧縮機。
9. 前記端部シールが、実質的に鋼で一体的に形成されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
10. 複数のねじ部品が、前記端部シールを前記ハウジングアッセンブリに固定することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
11. ハウジングアッセンブリと、
    スクリュー式の雄本体部分を有する雄ロータであって、該雄ロータ本体部分が、第１の端部から第２の端部に延在するとともに、第１のロータ軸を中心に回転するように前記ハウジングアッセンブリに収容される、雄ロータと、
    前記雄本体部分と噛合するスクリュー式の雌本体部分を有する雌ロータであって、前記雌ロータの本体部分が、第１の端部から第２の端部に延在するとともに、第２のロータ軸を中心に回転するように前記ハウジングアッセンブリに収容される、雌ロータと、
    吸引プレナムと、
    吐出プレナムであって、前記雄ロータおよび雌ロータの本体部分が前記ハウジングと協働して、少なくとも前記吸引プレナムと前記吐出プレナムとの間に第１の圧縮経路を画定する、吐出プレナムと、
    前記第１の圧縮経路に沿った中間の位置におけるエコノマイザポートと、
    前記吸引プレナムからの軸方向流成分を通過させる一方で、前記エコノマイザポートから前記吸引プレナムへの漏出を阻止する手段と、
    を備える圧縮機。
12. 前記手段が、円周方向に一定でないロータ係合面を有するロータ端部シールを備えることを特徴とする請求項１１に記載の圧縮機。
13. 前記ロータ端部シールが、前記第２のロータ軸を囲む完全な環状のベース部分と、前記ロータ係合面を軸支する第２の部分と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の圧縮機。
14. 前記ロータ係合面が、実質的に３０°〜２７０°の間の範囲にある環状のセグメントであることを特徴とする請求項１３に記載の圧縮機。
15. 前記手段が、部分的な円周方向の範囲にあるロータ係合面を有するロータ端部シールを備えることを特徴とする請求項１１に記載の圧縮機。
16. 前記雄ローブ付き本体部分と噛合するスクリュー式の雌ローブ付き本体部分を有する第２の雌ロータをさらに備える請求項１１に記載の圧縮機。
17. 圧縮機を再製造するか、あるいは圧縮機の構成を基準となる状態から第２の状態に設計または再設計する方法であって、
    前記圧縮機は、
    ハウジングアッセンブリと、
    スクリュー式の雄本体部分を有する雄ロータであって、該雄ロータ本体部分が、第１の端部から第２の端部に延在するとともに、第１のロータ軸を中心に回転するように前記ハウジングアッセンブリに収容される、雄ロータと、
    前記雄本体部分と噛合するスクリュー式の雌本体部分を有する雌ロータであって、前記雌ロータの本体部分が、第１の端部から第２の端部に延在するとともに、第２のロータ軸を中心に回転するように前記ハウジングアッセンブリに収容される、雌ロータと、
    吸引プレナムと、
    吐出プレナムであって、前記雄ロータおよび雌ロータの本体部分が前記ハウジングと協働して、少なくとも前記吸引プレナムと前記吐出プレナムとの間に第１の圧縮経路を画定する、吐出プレナムと、
    を備え、
    前記方法が、
    前記雌ロータの第１の端部をシールする軸方向のシールを設けるステップを含み、前記軸方向のシールが、前記第２の軸を中心に非対称なシール面を有し、
    前記軸方向のシールが、前記第２の軸を中心に対称なシール面を有する基準となる軸方向シールと交換されるか、あるいは前記基準となる状態において軸方向のシールを備えていない場所に配設されることを特徴とする方法。
18. 前記圧縮機がエコノマイザポートを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。

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