JPH03995A - スクリュー流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スクリュー流体機械における作動停止時のロ
ータ冷却方法及び冷却装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、スクリュー流体機械のロータ冷却装置は特開昭５
９−１１５４９２号公報に記載のように、ロータ内部に
冷却通路を設け、冷却用流体をこの冷却通路内に流入さ
せ、ロータを冷却していた。

従って作動停止時はロータは停止したままでロータ内部
より冷却されるか、又は自然冷却であった。

また、蒸気タービンなどのロータを、作動停止中にター
ニングによって空転させながら冷却する方法は一般的で
あるが、スクリュー流体機械においては、作動停止中に
ロータを空転しながら冷却するという冷却方法は採られ
ていなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は１作動停止中のロータの周方向の冷却効
果の違いによるロータ熱変形の不均一について配慮がな
されておらず、長径比の大きなロータの場合や、極微小
なロータ間ギャップで運転するスクリュー流体機械を、
作動停止後ロータが十分冷却される以前に再起動する際
に、ロータ振動の増大や、ロータ接触を引き起こすとい
う問題があった。

本発明の課題は、冷却中のロータの周方向の不均一な熱
変形を防止するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、螺旋状の陸部と溝部とを有する一対のロ
ータがその軸を平行にして互いに噛み合いながら回転可
能な状態でケーシング内に収められ、該ケーシングに形
成された吸入口から吸入された気体が前記一対のロータ
と前記ケーシングとで形成される作動室に閉じ込められ
、前記ロータの回転に伴って前記ケーシングに形成され
た吐出口から吐出されるスクリュー流体機械に、作動停
止中の前記ロータを空転させる手段を備えることにより
達成される。

上記課題は、また、螺旋状の陸部と溝部とを有する一対
のロータがその軸を平行にして互いに噛み合いながら回
転可能な状態でケーシング内に収められ、該ケーシング
に形成された吸入口から吸入された気体が前記一対のロ
ータと前記ケーシングとで形成される作動室に閉じ込め
られ、前記ロータの回転に伴って前記ケーシングに形成
された吐出口から吐出されるスクリュー流体機械に、ス
クリュー流体機械の吸入口に、大気圧よりも高い圧力の
気体を供給する手段と、吐出口を大気に開放する手段と
、を備えたことにより達成される。

上記の課題は、また、螺旋状の陸部と溝部とを有する一
対のロータがその軸を平行にして互いに噛み合いながら
回転可能な状態でケーシング内に収められ、該ケーシン
グに形成された吸入口から吸入された気体が前記一対の
ロータと前記ケーシングとで形成される作動室に閉じ込
められ、前記ロータの回転に伴って前記ケーシングに形
成された吐出口から吐出されるスクリュー流体機械に、
スクリュー流体機械の吸入口を大気に開放する手段と、
吐出口の圧力を吸入口の圧力よりも低下させる手段と、
を備えたことによっても達成される。

上記の課題は、また、少なくともロータが空転している
間、吐出口及び吸入口を大気に開放する手段を備えてい
る請求項１に記載のスクリュー流体機械によっても、吸
入口に冷却用気体を供給する手段と、吐出口から該冷却
用気体を回収もしくは大気に放出する手段と、を備えて
いる請求項１に記載のスクリュー流体機械によっても達
成される。

上記の課題は、また、空転手段が、ロータ内部に設けら
れ少なくともその一部がロータ回転軸と同心である冷却
通路と、該冷却通路のロータ回転軸と同心である部分に
ロータ回転軸と同心状にロータに固定されたタービン翼
と、該冷却通路に流体を供給する手段と、を含んでいる
請求項１に記載のスクリュー流体機械によフても達成さ
れる。

さらに、上記の課題は、螺旋状の陸部と溝部とを有する
一対のロータがその軸を平行にして互いに噛み合いなが
ら回転可能な状態でケーシング内に収められ、該ケーシ
ングに形成された吸入口から吸入された気体が前記一対
のロータと前記ケーシングとで形成される作動室に閉じ
込められ、前記ロータの回転に伴って前記ケーシングに
形成された吐出口から吐出されるスクリュー流体機械の
運転方法において、スクリュー流体機械の作動停止後、
ロータを空転させながらロータを冷却することによって
も達成される。

上記の課題は、また、螺旋状の陸部と溝部とを有する一
対のロータがその軸を平行にして互いに噛み合いながら
回転可能な状態でケーシング内に収められ、該ケーシン
グに形成された吸入口から吸入された気体が前記一対の
ロータと前記ケーシングとで形成される作動室に閉じ込
められ、前記ロータの回転に伴って前記ケーシングに形
成された吐出口から吐出されるスクリュー流体機械の運
転方法において、スクリュー流体機械の作動停止後、吸
入口に冷却用気体を供給するとともに吐出口を大気に開
放し、吸入口の冷却用気体の圧力と吐出口の圧力との差
圧によってロータを回転させ、該回転に伴って吸入口か
ら作動室を経て吐出口に流出する冷却用気体によりロー
タを冷却することによっても達成される。

上記の課題は、さらに、螺旋状の陸部と溝部とを外周面
に備えたスクリュー流体機械に用いられるロータに、ロ
ータ内部に設けられ少なくともその一部がロータ回転軸
と同心である冷却通路と、該冷却通路のロータ回転軸と
同心である部分にロータ回転軸と同心状にロータに固定
されたタービン翼と、を備えることによっても達成され
る。

（作用〕 作動停止後のロータが冷却中に低速度で空転させられる
と、ロータの冷却が、周方向に均一に行われ、ロータ温
度分布の不均一によるロータ軸の曲りや、不均一な熱変
形の発生がない。

作動停止状態で、ロータが空転させられると、吸入側か
ら、吐出側へ作動室を経由する気体の流れが生じ、ロー
タは該気体によっても均一に冷却される。

また、作動停止状態で、吸入口の圧力に対して吐出口の
圧力が低く維持されると、スクリュー流体機械固有の原
理により、吸入口と吐出口の間の比較的小さな圧力差で
ロータがゆっくり回転し、ロータの冷却が周方向に均一
に行われる。また、ロータの回転に伴って吸入口の気体
が作動室を経由して吐出口に流れ、ロータおよびケーシ
ングは、この気体によっても冷却される。

〔実施例〕

第１図は本発明が適用されたオイルフリースクリユー真
空ポンプを示し、このオイルフリースクリユー真空ポン
プは、螺旋状の陸部と溝部が形成されている胴部及び該
胴部の両端に突出して形成された軸受部ＩＡ、ＩＢを有
する一対のロータ（雄ロータ１，１ｌｌｌｉロータ２か
らなり、いずれか−方が駆動側、他方が非能動側となっ
ている）と、該ロータ１，２を内装するケーシング３と
、前記ロータ１，２を回転可能に前記軸受部で支持する
ケーシング３内に設けられた軸受６Ａ、６Ｂと、前記軸
受部に前記軸受６Ａ、６Ｂの前記ロータ胴部側に隣接し
て設けられた軸封７と、を備えている。

ロータ胴部の画面左端付近のケーシング３には、吸入口
４が設けられ、ロータ胴部の画面右端付近のケーシング
３には、吐出口５が設けられている。

前記ロータコ、２それぞれの軸受部ＩＢ（吐出口側）の
端部は、ケーシング３の外側に突出しており、この突出
部に互いに噛み合うタイミングギヤ８がそれぞれ装着さ
れている。また、前記ロータ１．２それぞれの軸受部Ｉ
Ａ（吸入口側）の端部は、軸受６Ａの反軸対銅にゎずか
に突出しており、この突出部にオイルリング２０が装着
されている。

また、ケーシング３の、軸受６Ａよりも反軸対銅の部分
には油溜２１が形成されている。さらに、ケーシング３
の、前記軸受部ＩＡの軸端面に対向する位置に、非接触
変位センサ１１が装着され、ロータの熱膨張量を該セン
サと前記軸端面間のギャップの減少量として検出する。

軸封７は、油溜２１からオイルリング２０により軸受６
Ａに供給される潤滑油が、ロータ１，２及びケーシング
３で形成される作動室に漏れるのを防いでいる。タイミ
ングギヤ８は、駆動側ロータから非駆動側ロータへ動力
を伝達するとともに、両ロータが接触しないように両ロ
ータ間のギャップを調整している。吐出口側の軸受部Ｉ
Ｂに装着されている軸受６Ｂは、ロータのラジアル荷重
を受けるとともにロータを軸方向に固定している。

吸入口４には吸入閉止弁９および図示されない、大気圧
よりも高い圧力の冷却気体源に接続された冷却ガス封入
弁１０が取付けられており１両者はいずれも外部電気信
号により開閉される自動弁である。前記非接触変位セン
サ１１の出力側は冷却ガス封入弁１０に接続されている
。さらに、ロータ１，２の内部には、冷却通路２２が形
成されており、冷却油が流されて冷却される。

本オイルフリースクリユー真空ポンプ作動時は。

吸入閉止弁９は開で、冷却ガス封入弁１０は閉である。

吸入閉止弁９を通り吸入口４へ流入した気体は、外部駆
動機により駆動される雄・雌１−タ１．２とケーシング
３とで形成される作動室に閉じこめられ、前記ロータ１
，２の回転に伴って圧縮され、吐出口５より、排出され
る。一方、外部駆動原動機に停止指令が出され、真空ポ
ンプが作動停止状態になると、吸入閉止弁９は閉じられ
、冷却ガス封入弁１０が開かれ、大気圧よりも高圧の冷
却ガスが吸入口４へ封入される。吐出口５は、真空ポン
プである本実施例では大気開放状態であるため、吸入口
４の圧力は吐出口５の圧力よりも高くなり、スクリュー
流体機械特有の原理により、両者の圧力差がある値を越
えると、この圧力差で雄、雌ロータよ、２が回転する６
０−タが回転するので、該ロータの冷却は周方向に均一
に行われ、冷却中のロータ軸の曲りや、不均一な熱変形
が発生しない。また、ロータの回転に伴って、吸入口か
ら作動室を経て吐出口へ向って冷却ガスが流れ、この流
れによるロータおよびケーシングの冷却効果も得られる
。

吐出口が大気に開放されていない圧縮機等では、放気管
等の吐出口を大気に開放する手段を設ければよい。なお
、ロータを回転させるのに必要な圧力差は、スクリュー
エキスパンダの場合が最も小さく、圧縮機ではビルトイ
ン圧力比が大きくなるほど、大きな圧力差が必要になる
。

ロータの冷却がすすみ、ロータ温度が低下してくると、
ロータの軸方向の熱膨脹量が減少するため、非接触変位
センサ１１で検出されるギャップ量が増大する。ギャッ
プ量があらかじめ設定された値に達すると、冷却ガス封
入弁１０に閉指令が出され、冷却ガス封入弁１０が閉じ
られて、ロータの空転も停止する。なお、冷却ガスの大
気放出が好ましくない場合は、吐出口に冷却ガス回収用
の配管を接続し、吐出口の圧力が許容限度以上に上昇し
ないように注意しながら、適宜回収すればよい。

本実施例によれば、ロータの空転のための駆動装置を別
に設けることなく、吸入口に冷却ガスを注入するだけで
ロータの均一な冷却を行うことができる。また１本実施
例によれば、ロータの熱膨脹量の低下が検知され、この
検知結果に基づいて冷却ガスの供給が停止されるため、
冷却ガス供給量が最小限に抑えられる。さらに、ロータ
空転中に、再起動される場合は起動時の電動機電流がす
くなくてすむ効果がある。また、ロータ空転中は作動室
内の圧力が大気圧よりも高いため、軸封７を通して潤滑
油が作動室内へ漏れこむ心配がない。

また、駆動側ロータと駆動原動機の間をクラッチ（例え
ば電磁クラッチ）を介して連結し、駆動原動機の停止と
同時に該クラッチの連結を解除することにより、ロータ
の空転時の回転抵抗を減少させ、吸入口４に供給する冷
却気体の圧力を下げてもよい。

上記実施例では非接触変位センサ１１が検出するギャッ
プの変化により、ロータの熱膨脹量の低下が検出され、
ロータの冷却ガス注入が停止されるが、非接触変位セン
サ１１に代えて、ロータ温度検出手段を設け、ロータ温
度があらかじめ定められた値に降下した時点で冷却ガス
注入を停止するようにしてもよい。また、あらかじめ、
冷却ガスを注入してロータを空転させながらロータを所
定の温度にまで冷却させるのに要する時間を測定してお
き、冷却ガス注入開始後、所定の時間が経過した時点で
、冷却ガスの注入を停止するように構成してもよい。

また、上記実施例ではロータ内に冷却通路が形成されて
いて、冷却剤が注入されるが、ロータの回転によって、
冷却剤が冷却通路壁面周方向に均一に接触し、内面から
の冷却も均一に行われる。

第２Ａ図および第２Ｂ図は、本発明の第２の実施例を示
す。オイルフリースクリユー圧縮機１２は、電動機１３
により駆動される。圧縮機本体の構造は第１図とほぼ同
じであるため省略する。吐出口５には、吐出閉止弁１４
と吐出口排気弁１５が設けられ、さらに吐出口排気弁１
５の後流側には吐出口の圧力を吸入口の圧力より低下さ
せる手段として真空ポンプ１６が設けられている。吸入
口４は、空気圧縮機であるため、大気に開放されている
。空気以外の気体を圧縮する圧縮機の場合は、吸入閉止
弁と吸入口の間に作動停止時に吸入口を大気に開放する
手段を設ければよい。

第２Ａ図は、オイルフリースクリユー圧縮機の作動時を
、第２Ｂ図は作動停止時の状態を示している。吐出閉止
弁１４．吐出口排気弁１５、真空ポンプ１６は、電動機
１３の運転・停止操作に連動して作動する。

圧縮機作動時は、吸入口４より吸入された気体は、圧縮
機１２内で圧縮され吐出口５より、開状態の吐出閉止弁
１４を通って吐出される。この時吐出口排気弁１５は閉
じ、真空ポンプ１６は停止している。電動機１３に停止
指令が出されると、同時に吐出閉止弁１４は閉じ、吐出
口排気弁１５は開き、真空ポンプ１６が排気を開始する
。このため、大気開放された吸入口４と、排気されてい
る吐出口５の間に圧力差が生じ、吸入口４より流入した
気体（この場合空気）がロータを空転させるとともにロ
ータを冷却する。

なお、本実施例においても、第１図の実施例と同様に、
ロータの熱膨張量を検知して、ロータ温度が低下したと
ころで、真空ポンプ１６を停止させ、ロータ冷却を止め
てもよい。

本実施例によれば、冷却ガスを外部から強制的に供給す
る必要がなく、冷却ガス圧送設備が不要となる。

第３図に示される第３の実施例では、オイルフリースク
リユー圧縮機１２を駆動する電動機１３がインバータ１
７によって回転数を可変としである。吐出口５には、大
気開放弁２３が設けられている。

圧縮機が作動停止中は、電動機１３が極く低速で回転さ
せられるとともに、大気開放弁２３が開かれ、ロータの
回転に伴い、吸入口４より気体が吸入され、ロータが冷
却される。

本実施例によれば、冷却ガスの封入装置や吐出口の圧力
を吸入口の圧力以下にする手段が不要となり、装置が簡
単となる。

また、本実施例では、駆動原動機としてインバータ駆動
電動機が用いられているが、極数変換電動機や、エキス
パンダ、タービンなどでもよい。

また、ロータの空転装置として、ロータのターニング装
置を駆動原動機と別に設けてもよい。

また、本発明の他の実施例として、ロータの内部にすく
なくともその一部がロータ回転軸と同心であるロータ冷
却通路を備え、さらにこの通路内の前記ロータ回転軸と
同心である部分に、小形のタービン翼（静翼）をロータ
回転軸と同心に固定し、ロータ端部の冷却通路入口に接
続された流体供給手段により、該冷却通路に冷却用流体
を高速で注入してロータを前記タービン翼に生ずる回転
力で空転させると同時に冷却用流体で内部から冷却して
もよい。また、この冷却通路内のタービン翼の上流側に
フィンを設けることにより、熱伝達面積を大きくして冷
却効果を向上させるとともに、タービン翼に流入する冷
却流体の入射角を適正にすることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、作動停止中のロータが空転させられな
がら冷却されるので、ロータの周方向の冷却が均一に行
われ、冷却中のロータ軸の曲りや不均一な熱変形の発生
の防止が可能となり、スクリュー流体機械の作動停止後
、ロータの冷却完了前に再起動しても、軸振動増大やロ
ータ接触のない安定した起動ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図。 第２Ａ図および第２Ｂ図は本発明の第２の実施例を示す
系統図で、第３図は本発明の第３の実施例を示す系統図
である。 １．２・・・ロータ、３・・・ケーシング、４・・・吸
入口。 ５・・・吐出口、 １０・・・冷却ガス封入弁（吸入口に大気圧よりも高い
圧力の気体を供給する手段）。 １６・・・真空ポンプ（吐出口の圧力を吸入口の圧力よ
りも低下させる手段）、 ２３・・・大気開放弁（吐出口を大気に開放する手段）
。 第１図 ４　：”／７１７ ５°ごな欧１ ９：全ジ１ンリｒ １ｏニール欠〃シヴ７．ヂ 代理人　　鵜　　沼　　辰　　之 １２　：、１ｙｉｔ　２クーノ９９ｉ　コミｚ嗟ンー１
４：ら一−１−１ｊ乞とｆ １５：ｃなｔＤ４乙机〆 １６　：ｊｌＪ、友ジノ・ １３：扁５ｔ１竿 ２３：メ、ｙｆＡ均り、枦′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、螺旋状の陸部と溝部とを有する一対のロータがその
   軸を平行にして互いに噛み合いながら回転可能な状態で
   ケーシング内に収められ、該ケーシングに形成された吸
   入口から吸入された気体が前記一対のロータと前記ケー
   シングとで形成される作動室に閉じ込められ、前記ロー
   タの回転に伴って前記ケーシングに形成された吐出口か
   ら吐出されるスクリュー流体機械において、作動停止中
   の前記ロータを空転させる手段を備えたことを特徴とす
   るスクリュー流体機械。 ２、螺旋状の陸部と溝部とを有する一対のロータがその
   軸を平行にして互いに噛み合いながら回転可能な状態で
   ケーシング内に収められ、該ケーシングに形成された吸
   入口から吸入された気体が前記一対のロータと前記ケー
   シングとで形成される作動室に閉じ込められ、前記ロー
   タの回転に伴って前記ケーシングに形成された吐出口か
   ら吐出されるスクリュー流体機械において、スクリュー
   流体機械の吸入口に、大気圧よりも高い圧力の気体を供
   給する手段と、吐出口を大気に開放する手段と、を備え
   たことを特徴とするスクリュー流体機械。 ３、螺旋状の陸部と溝部とを有する一対のロータがその
   軸を平行にして互いに噛み合いながら回転可能な状態で
   ケーシング内に収められ、該ケーシングに形成された吸
   入口から吸入された気体が前記一対のロータと前記ケー
   シングとで形成される作動室に閉じ込められ、前記ロー
   タの回転に伴って前記ケーシングに形成された吐出口か
   ら吐出されるスクリュー流体機械において、スクリュー
   流体機械の吸入口を大気に開放する手段と、吐出口の圧
   力を吸入口の圧力よりも低下させる手段と、を備えたこ
   とを特徴とするスクリュー流体機械。 ４、少なくともロータが空転している間、吐出口及び吸
   入口を大気に開放する手段を備えていることを特徴とす
   る請求項１に記載のスクリュー流体機械。 ５、吸入口に冷却用気体を供給する手段と、吐出口から
   該冷却用気体を回収もしくは大気に放出する手段と、を
   備えていることを特徴とする請求項１に記載のスクリュ
   ー流体機械。 ６、空転手段が、ロータ内部に設けられ少なくともその
   一部がロータ回転軸と同心である冷却通路と、該冷却通
   路のロータ回転軸と同心である部分にロータ回転軸と同
   心状にロータに固定されたタービン翼と、該冷却通路に
   流体を供給する手段と、を含んでいることを特徴とする
   請求項１に記載のスクリュー流体機械。 ７、螺旋状の陸部と溝部とを有する一対のロータがその
   軸を平行にして互いに噛み合いながら回転可能な状態で
   ケーシング内に収められ、該ケーシングに形成された吸
   入口から吸入された気体が前記一対のロータと前記ケー
   シングとで形成される作動室に閉じ込められ、前記ロー
   タの回転に伴って前記ケーシングに形成された吐出口か
   ら吐出されるスクリュー流体機械の運転方法において、
   スクリュー流体機械の作動停止後、ロータを空転させな
   がらロータを冷却することを特徴とするスクリュー流体
   機械の運転方法。 ８、螺旋状の陸部と溝部とを有する一対のロータがその
   軸を平行にして互いに噛み合いながら回転可能な状態で
   ケーシング内に収められ、該ケーシングに形成された吸
   入口から吸入された気体が前記一対のロータと前記ケー
   シングとで形成される作動室に閉じ込められ、前記ロー
   タの回転に伴って前記ケーシングに形成された吐出口か
   ら吐出されるスクリュー流体機械の運転方法において、
   スクリュー流体機械の作動停止後、吸入口に冷却用気体
   を供給するとともに吐出口を大気に開放し、吸入口の冷
   却用気体の圧力と吐出口の圧力との差圧によってロータ
   を回転させ、該回転に伴って吸入口から作動室を経て吐
   出口に流出する冷却用気体によりロータを冷却すること
   を特徴とするスクリュー流体機械の運転方法。 ９、螺旋状の陸部と溝部とを外周面に備えたスクリュー
   流体機械に用いられるロータにおいて、ロータ内部に設
   けられ少なくともその一部がロータ回転軸と同心である
   冷却通路と、該冷却通路のロータ回転軸と同心である部
   分にロータ回転軸と同心状にロータに固定されたタービ
   ン翼と、を有することを特徴とするロータ。