JP2006200380A - ルーツ式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 騒音及び圧力脈動を確実に低減する。
【解決手段】 ルーツ式ブロワにおいて、ケーシング１３内周面の吐出口１１両側に、吐出口１１につながった圧力室とこの圧力室よりも進行方向後側の圧力室とを連通させる５つの溝３９ａ〜３９ｅをそれぞれ吐出口１１に連続するように形成する。５つの溝３９ａ〜３９ｅの長さＬ１〜Ｌ５をそれぞれ異ならせる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ルーツ式流体機械に関するものである。

従来より、ルーツ式ブロワやルーツ式真空ポンプ等に代表されるルーツ式流体機械は、水処理や空気輸送等、様々な産業分野で利用されている。

ルーツ式流体機械では、複数の葉片を有するロータを密閉型のケーシング内で各々の葉片が噛み合うように互いに反対方向に同期回転させることにより、葉片とケーシング内周面とによって区画形成された複数の圧力室が吸込口側から吐出口側へと移動する。そして、吸込口から圧力室に吸い込まれた流体は、圧力室の移動と共に吐出口側へ搬送され、吐出口から吐出される。

ところで、吐出口側は高圧であるのに対し吸込口側は低圧であり、圧力室の圧力は、当該圧力室が吐出口とつながるまでは低圧のままである。一方、移動してきた圧力室が吐出口とつながる瞬間には、吐出口側の高圧と圧力室の低圧との間で大きな圧力差が生じ、吐出口から圧力室に向かって高圧の流体が急激に逆流する。このため、従来のルーツ式流体機械では、上記逆流が原因となって大きな騒音が発生していた。また、圧力脈動が生じ、運転の不安定化を招くおそれがあった。

そこで、このような高圧流体の逆流を抑制することによって低騒音化や圧力脈動の低減を図る技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ケーシング内周面に、吐出口につながる前の圧力室を吐出口側と連通させる溝を複数設けたルーツ式流体機械が開示されている。このルーツ式流体機械では、吐出口につながる前の圧力室に上記各溝を通じて吐出口側の高圧流体が徐々に流れ込むため、上記圧力室が吐出口とつながる瞬間には、吐出口側と上記圧力室との圧力差がある程度緩和され、急激な高圧流体の逆流の発生が防止されて低騒音化や圧力脈動の抑制を図るようにしている。
特開２００１−８２３７０号公報（第４頁、図８及び図９）

しかし、特許文献１では、吐出口側と隣の圧力室との圧力差がある程度緩和されるとはいっても、複数の溝が全て同じ長さに設定されているため、吐出口につながる前の圧力室に吐出口側の高圧流体が一斉に流れ込み、圧力室に生ずる圧力変動が大きくなって低騒音化や圧力脈動の抑制を十分には図ることができない。

この発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、騒音及び圧力脈動を確実に低減することである。

上記の目的を達成するため、この発明は、溝の長さを工夫したことを特徴とする。

具体的には、この発明は、吸込口及び吐出口が形成されたケーシングと、このケーシング内に収容され複数の葉片を有する一対のロータとを備え、これら一対のロータを各々の葉片が噛み合うように互いに反対方向に同期回転させることにより、上記吸込口側から吐出口側に移動する複数の圧力室を区画形成しながら流体を吸込口からケーシング内に吸い込んで吐出口から吐出するルーツ式流体機械を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、請求項１に記載の発明は、上記ケーシング内周面の吐出口両側には、吐出口につながった圧力室とこの圧力室よりも進行方向後側の圧力室とを連通させる複数の溝がそれぞれ吐出口に連続するように形成され、当該複数の溝のうち少なくとも一部は他の溝と長さが異なっていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ロータは葉片を３つ有する３葉タイプであり、溝の長さは、上記ロータの回転中心と吐出口の開口端縁とを結ぶ直線に対してロータの回転中心からの角度が１０°以上６０°以下の領域に収まるように設定されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、最大角度と最小角度との角度差が２５°を超えていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発明において、溝の幅は吐出口に近づくに従って次第に広くなっていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発明において、溝の深さは吐出口に近づくに従って次第に深くなっていることを特徴とする。

この発明によれば、吐出口側に移動している圧力室は、長さの異なる溝を介して段階的に吐出口と連通するので、吐出口側の高圧の流体が各溝を通じて徐々にしかも段階的に流入し、吐出口側への移動に伴って圧力室の圧力が徐々にしかも段階的に上昇し、上記圧力室が吐出口とつながる瞬間には、既に吐出口側との圧力差が大きく緩和されていて、吐出口側の圧力室から進行方向後側の圧力室に向かう流体の逆流速度を小さく抑えることができる。したがって、騒音及び圧力脈動を確実に低減することができる。特に、請求項２，３では、ロータが３葉タイプである場合に上述の如き効果を実現することができる。請求項４，５では、吐出口側の圧力室から進行方向後側の圧力室に向かう流体の逆流速度をさらに小さく抑えることができるので、騒音及び圧力脈動の低減効果を高めることができる。

以下、この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図２〜４はこの発明の実施の形態に係るルーツ式流体機械としてのルーツ式ブロワを示す。図２〜４中、１はベースであり、このベース１上にはブロワ本体３が設置され、ブロワ本体３の隣にはモータ５が据付台７を介して設置されている。上記ブロワ本体３は上端に吸込口９が下端に吐出口１１がそれぞれ形成された密閉型のケーシング１３を備え、ケーシング１３内には、一対のロータ１５，１７（以下、駆動ロータ１５及び従動ロータ１７という）が水平に並んで収容されている。これら駆動ロータ１５及び従動ロータ１７は共に葉片１５ａ，１７ａを３つずつ有する３葉タイプであり、両端に軸部１５ｂ，１７ｂがそれぞれ一体に突設されている。なお、葉片１５ａ，１７ａの数は３つに限定されるものではなく、２つ又は４つ以上であってもよい。

上記軸部１５ｂ，１７ｂは上記ケーシング１３の側壁１３ａ，１３ｂを貫通し、駆動ロータ１５及び従動ロータ１７は、ケーシング１３の側壁１３ａ，１３ｂを軸受プレートとして該側壁１３ａ，１３ｂと軸部１５ｂ，１７ｂとの間に介装された軸受１９でケーシング１３に回転自在に軸支され、各々の葉片１５ａ，１７ａが互いに非接触状態で噛み合わされている。

上記駆動ロータ１５及び従動ロータ１７の各々の一方の軸部１５ｂ，１７ｂにはギヤ２１が固定され、この両ギヤ２１は互いに噛合している。上記ケーシング１３の一方の側壁１３ａにはギヤケース２３が接合され、ギヤケース２３と側壁１３ａとの間にオイル室２５が形成され、このオイル室２５に上記両ギヤ２１がオイルに晒されるように収容されている。

上記ケーシング１３の他方の側壁１３ｂには軸受カバー２７が接合され、駆動ロータ１５の他方（反ギヤ側）の軸部１５ｂが軸受カバー２７から外部に突出し、この軸部１５ｂの突出端部に従動プーリ２９が固定されている。

一方、上記モータ５の出力軸５ａには駆動プーリ３１が固定され、この駆動プーリ３１及び上記従動プーリ２９にはエンドレスベルト３３が巻き付けられている。そして、上記モータ５の回転力を駆動プーリ３１、エンドレスベルト３３及び従動プーリ２９を介して軸部１５ｂに伝達して駆動ロータ１５を回転させ、この回転力を従動ロータ１７に両ギヤ２１を介して伝達し、駆動ロータ１５及び従動ロータ１７を各々の葉片１５ａ，１７ａが噛み合うように互いに反対方向に同期回転させることにより、上記吸込口９側から吐出口１１側に移動する複数の圧力室Ｒ１〜Ｒ４を区画形成しながら流体としてのエアを吸込口９から上記ケーシング１３内に吸い込んで吐出口１１から吐出するようになっている。具体的には、吸込口９とつながった圧力室Ｒ１は、駆動ロータ１５及び従動ロータ１７が回転するに従って、各々の葉片１５ａ，１７ａとケーシング１３内周面とによって密閉された圧力室Ｒ２，Ｒ３となり、その後、吐出口１１とつながった圧力室Ｒ４となる。このように圧力室が移動することにより、吸込口９から吸い込まれたエアが搬送され、吐出口１１から吹き出される。

図４中、３５は上記ケーシング１３の吸込口９に上方突設された円筒形状のサイレンサであり、このサイレンサ３５上端にはリング状のエアフィルタ（図示せず）が取り付けられ、エアを吸込口９に導入する過程で消音及び浄化するようにしている。３７は駆動プーリ３１、従動プーリ２９及びエンドレスベルト３３を上方から覆うベルトカバーである。

この発明の特徴として、図１に拡大して示すように、上記吐出口１１のケーシング１３接続部は矩形状をなし、ケーシング１３内周面の吐出口１１両側には、５つの直線状の溝３９ａ〜３９ｅがそれぞれ吐出口１１に連続するように形成されている。これら溝３９ａ〜３９ｅは、図１で真ん中の溝３９ａが一番長く、その左隣、右隣と交互に短くなっていて、全ての溝３９ａ〜３９ｅの長さＬ１〜Ｌ５が異なっているが、これに限らず、当該５つの溝３９ａ〜３９ｅのうち少なくとも一部が他の溝と長さが異なっていればよい。例えば溝３９ｂと溝３９ｃとが同じ長さであってもよい。溝の数も５つに限らない。さらに、溝３９ａ〜３９ｅは直線状以外にジグザグ状の溝やヘリカル状の溝であってもよい。そして、これら溝３９ａ〜３９ｅにより、吐出口１１につながった圧力室Ｒ４とこの圧力室Ｒ４よりも進行方向後側（吸込口９につながる前）の圧力室Ｒ２，Ｒ３とを連通させるようになっている。また、上記溝３９ａ〜３９ｅの長さＬ１〜Ｌ５は、上記駆動ロータ１５及び従動ロータ１７の回転中心Ｏと吐出口１１の開口端縁とを結ぶ直線に対して駆動ロータ１５及び従動ロータ１７の回転中心Ｏからの角度が１０°以上６０°以下の領域に収まるように設定されている。また、上記角度の最大角度α１（溝３９ａ）と最小角度α２（溝３９ｅ）との角度差が２５°を超えているものとする。さらに、溝３９ａ〜３９ｅの幅Ｗは吐出口１１に近づくに従って次第に広くなっているとともに、溝３９ａ〜３９ｅの深さＤは吐出口１１に近づくに従って次第に深くなっている。

次に、このように構成されたルーツ式ブロワでは、駆動ロータ１５及び従動ロータ１７が回転すると、吸込口９からエアが吸い込まれる。そして、吸い込まれたエアは、吸込口９とつながった圧力室（図２の圧力室Ｒ１）に流入する。次に、駆動ロータ１５及び従動ロータ１７の回転方向後側の葉片１５ａ，１７ａの先端部が吸込口９を通過すると、上記圧力室は密閉される。すなわち、上記圧力室は、回転方向の前側の葉片１５ａ，１７ａと後側の葉片１５ａ，１７ａとケーシング１３内周面とにより区画形成された密閉圧力室（図２の圧力室Ｒ２，Ｒ３）となる。その後、上記圧力室Ｒ２，Ｒ３の前側の葉片１５ａ，１７ａが溝３９ａ〜３９ｅの先頭部分を通過すると、上記圧力室Ｒ２，Ｒ３は、溝３９ａ〜３９ｅを介して吐出口１１側の圧力室Ｒ４と連通する。その結果、溝３９ａ〜３９ｅを通じて吸込口９側の圧力室Ｒ４から上記圧力室Ｒ２，Ｒ３に高圧エアが徐々にしかも段階的に導入される。その後、前側の葉片１５ａ，１７ａが吐出口１１を通過し、上記圧力室は吐出口１１とつながった状態の圧力室Ｒ４となり、駆動ロータ１５及び従動ロータ１７の回転に伴って圧力室Ｒ４の容積が減少していく。その結果、上記圧力室Ｒ４内のエアは吐出口１１から吐出される。

このように、この実施の形態では、圧力室には吐出口１１とつながる前から長さの異なる溝３９ａ〜３９ｅを通じて高圧エアが徐々にしかも段階的に導入される。このため、吐出口１１側との圧力差が大きく緩和され、吐出口１１側の圧力室から進行方向後側の圧力室に向かうエアの逆流速度を小さく抑えることができ、吐出口１１とつながった瞬間の圧力室への急激な高圧エアの逆流が確実に抑制される。したがって、高圧エアの逆流に起因する騒音及び圧力脈動の発生を効果的に抑制することができる。この効果は、溝３９ａ〜３９ｅの長さＬ１〜Ｌ５が異なることに加えて、溝３９ａ〜３９ｅの長さＬ１〜Ｌ５が駆動ロータ１５及び従動ロータ１７の回転中心Ｏと吐出口１１の開口端縁とを結ぶ直線に対して駆動ロータ１５及び従動ロータ１７の回転中心Ｏからの角度が１０°以上６０°以下の領域に収まるように設定されていることと、上記角度の最大角度α１と最小角度α２との角度差が２５°を超えていることとによって保障することができるものである。さらに、溝３９ａ〜３９ｅの幅Ｗが吐出口１１に近づくに従って次第に広くなっていることと、溝３９ａ〜３９ｅの深さＤが吐出口１１に近づくに従って次第に深くなっていることとによって、溝３９ａ〜３９ｅの空間容積を漸増させることができる。したがって、吐出口１１側の圧力室から進行方向後側の圧力室に向かう流体の逆流速度をさらに小さく抑えることができて、騒音及び圧力脈動の低減効果を高めることができる。因みに、本実施形態に係るルーツ式ブロワの圧力脈動変化のデータを溝の長さが同じ場合のデータと比較して図５に示す。図５中、●印を付しているのが本実施形態であり、▲印を付しているのが比較例であり、本実施形態の方が比較例に比べて圧力脈動が低減していることが判る。なお、このデータを得るに当たっては、口径１２５mm、出力２２kWのブロワを使用し、吐出圧力は６０kPaに設定した。

本発明に係るルーツ式流体機械は、ルーツ式ブロワに限らず、ルーツ式真空ポンプ等、他のルーツ式流体機械であってもよい。

この発明は、ルーツ式流体機械として有用である。

吐出口をケーシング内側から見た平面図である。 ルーツ式ブロワの縦断面図である。 ルーツ式ブロワの横断面図である。 ルーツ式ブロワの正面図である。 ルーツ式ブロワの圧力脈動変化のデータである。

符号の説明

９ 吸込口
１１ 吐出口
１３ ケーシング
１５ 駆動ロータ
１７ 従動ロータ
１５ａ，１７ａ 葉片
３９ａ〜３９ｅ 溝
Ｄ 溝の深さ
Ｌ１〜Ｌ５ 溝の長さ
Ｒ１〜Ｒ４ 圧力室
Ｗ 溝の幅

Claims (5)

1. 吸込口及び吐出口が形成されたケーシングと、このケーシング内に収容され複数の葉片を有する一対のロータとを備え、これら一対のロータを各々の葉片が噛み合うように互いに反対方向に同期回転させることにより、上記吸込口側から吐出口側に移動する複数の圧力室を区画形成しながら流体を吸込口からケーシング内に吸い込んで吐出口から吐出するルーツ式流体機械であって、
   上記ケーシング内周面の吐出口両側には、吐出口につながった圧力室とこの圧力室よりも進行方向後側の圧力室とを連通させる複数の溝がそれぞれ吐出口に連続するように形成され、当該複数の溝のうち少なくとも一部は他の溝と長さが異なっていることを特徴とするルーツ式流体機械。
2. 請求項１に記載のルーツ式流体機械において、
   ロータは葉片を３つ有する３葉タイプであり、
   溝の長さは、上記ロータの回転中心と吐出口の開口端縁とを結ぶ直線に対してロータの回転中心からの角度が１０°以上６０°以下の領域に収まるように設定されていることを特徴とするルーツ式流体機械。
3. 請求項２に記載のルーツ式流体機械において、
   最大角度と最小角度との角度差が２５°を超えていることを特徴とするルーツ式流体機械。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のルーツ式流体機械において、
   溝の幅は吐出口に近づくに従って次第に広くなっていることを特徴とするルーツ式流体機械。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のルーツ式流体機械において、
   溝の深さは吐出口に近づくに従って次第に深くなっていることを特徴とするルーツ式流体機械。

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