JPH0636312Y2

JPH0636312Y2 - 二段スクリュー圧縮装置

Info

Publication number: JPH0636312Y2
Application number: JP1986171229U
Authority: JP
Inventors: 義雄池田; 英世浅野; 敬介笠原
Original assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Current assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Priority date: 1986-11-07
Filing date: 1986-11-07
Publication date: 1994-09-21
Anticipated expiration: 2001-11-07
Also published as: JPS6278386U

Description

【考案の詳細な説明】〔考案の目的〕（産業上の利用分野）本考案は二段スクリュー圧縮装置に関し、特にその油噴
射式のスクリュー圧縮機の軸受等の潤滑、冷却を終えた
潤滑油の油戻し孔の位置及びロータケーシング内のシー
ル、冷却用の潤滑油の油噴射孔の位置の選定に関する。

（従来の技術）油噴射式のスクリュー圧縮機においては、軸受部等を潤
滑冷却した潤滑油は油戻し孔からロータケーシング内に
導いて内部の潤滑作用に用いるとともにシール作用等を
も行なわせる。一方、油噴射孔からロータケーシング内
に噴射された潤滑油は内部のシール作用と冷却作用等を
行なわせる。このように前記の油戻し孔及び油噴射孔か
らそれぞれ導入された潤滑油はガスとともに圧縮されて
吐出孔から送り出され、油分離器に流入し、ここで潤滑
油は圧縮ガスと分離されて再び潤滑油回路に流入する。
このような構造からなる従来の油噴射式のスクリュー圧
縮機のロータケーシング13の内部の構造を第１図ないし
第３図によって説明する。第１図は鉛直方向に見たもの
であって、雌ロータ１、雄ロータ２、ガス吸入室３と閉
じた歯溝空間を形成するシリンダ内壁４及び吐出口５よ
りなり、ガス吸入室３の吸入口の端縁6,7は雌雄ロータ
1,2の歯すじに沿って形成され、両ロータの歯溝空間が
最大になった時にシリンダ内壁４によって閉じた歯溝空
間になるように形成されている。第２図はロータケーシ
ング13を水平方向に雌ロータ１の側の内面を見た図であ
る。この図から分るように、油戻し孔８は従来はロータ
ケーシング13の雌ロータ１側の吸入口の端縁６に近いと
ころに設けられていた。このような油戻し孔８の設置位
置では第３図に示すように、雌ロータ１の回転によって
ロータ歯先Ｉが油戻し孔８を通過し、次の歯先IIがまだ
吸入口の端縁６に達しない位置では、ロータ歯先Ｉとロ
ータ歯先IIによって形成される歯溝の圧縮空間は油戻し
孔８とガス吸入室３の両方に連絡していることになる。

次に、油噴射式のスクリュー圧縮機の潤滑油中には圧縮
ガスが相当溶解する場合があるが、両者の溶解の割合
を、Ｒ−22を冷媒として使用する冷凍機の場合を例にと
り説明する。第４図は冷媒凝縮温度Tc＝35℃において15
0SUS（150セイボルトユニバーサル秒・150sabolt unive
rsal second・油の粘度の単位）油中に溶解するフロン
−22の分量と油温度、圧力との関係を示すものである
が、油噴射式のスクリュー圧縮機の特徴として、吐出圧
力14kg/cm²・abs程度の運転では重量％で20％程度のＲ
−22を溶解した潤滑油と冷媒Ｒ−22の溶液で潤滑するこ
とになる。

ところで、従来の油戻し孔８は、前記のようにガス吸入
室３側に通ずるので戻りの潤滑油は低圧部に流入するこ
とになり、次のような欠点がある。

（イ）潤滑油に溶解している冷媒が低圧部でガス化して
圧縮機から吸入するガスの量が減少する。

（ロ）低温の吸入ガス中の湿りガスが暖い戻りの潤滑油
と接触し過熱されて再膨脹して実際の吸入ガス量が減少
する。

また、第５図は出願人会社の二段スクリュー圧縮機1612
C（3,000r/m、押しのけ量低段側＝619m³/h、高段側＝19
6m³/hコンパウンド二段スクリュー圧縮機）が吸入する
ガス量（Gc）kg/hと溶解して油と一緒に圧縮機へ供給さ
れるガス量（Go）kg/hの比を示すものであって、冷媒蒸
発温度Teが−60℃においては理論吸入ガス量（Gc）の約
54％に相当するガス（Go）が潤滑油に含まれて圧縮機へ
供給されていることになる。したがってこの油が低圧部
へ流入すれば、前記（イ）（ロ）のようにガス化して吸
入ガス量を著しく減少させることになる。

この欠点を解消するため、給油する潤滑油から事前に抽
気する方法もあるが、抽気用の圧力容器の設置とそれに
関わる給油配管等の配置で装置が複雑化する。

そこで、前記のような諸欠点を解消するために、油戻し
孔を雄雌ロータのそれぞれの歯溝の吸入ガスの完全閉じ
込み直後であり、かつ両歯のかみ合い近傍の雄ロータ及
び雌ロータに対応する位置にそれぞれ開口するように設
けるものが開発されている（実開昭55−28714号公
報）。しかし、この例は、単段圧縮の場合であり、二段
圧縮の場合においては、このように油戻し孔の位置を設
けたのみでは未だ十分にはその利点が生かされない。

そもそも、油噴射式のスクリュー圧縮機ではロータ部の
隙間からのガス洩れを防ぎ、効率を良くするために潤滑
油をロータ歯溝空間に噴射しガスシール作用をさせてい
るのであるが、一方では、噴射された潤滑油は高速で回
転しているロータによって撹拌されて吐出口へ運ばなけ
ればならず、この油を撹拌するために動力を費している
訳である。したがって、性能を良くするために噴射して
いる潤滑油が逆に動力損失を生じているという相反する
現象が内在していることになるが、前記の従来技術では
種々に変化する運転条件（冷媒蒸発温度）に対して常に
最適の給油量が流通されていない実情にある。

更に、油噴射式のスクリュー圧縮機では二段形式の場合
でも、低圧段のみでなく高圧段においても漫然と油噴射
孔を設け、高圧低圧両段にそれぞれ潤滑油を噴射してお
り、この点においても運転条件に応じて最適油量を供給
するということが行なわれていない実情にある。前記二
段形式とはコンパウンド形式の二段圧縮の事例である
が、低段、高段を分離形にした二段圧縮の場合も同様で
ある。

（考案が解決しようとする問題点）本考案は、潤滑油の油戻し孔と油噴射孔の位置を変更及
び選定するとともに、潤滑油回路を一部変更することに
より前記従来技術の問題点を解消する二段スクリュー圧
縮装置を得ることを目的とするものである。

〔考案の構成〕

（問題点を解決するための手段）本考案の二段スクリュー圧縮装置は、前記の問題点を解
決するために次の構成からなる。

低段圧縮機の軸受部等の一部を潤滑、冷却した潤滑油を
前記低段圧縮機へ戻すための潤滑油回路と油戻し孔を前
記低段圧縮機に設け、前記低段圧縮機の軸受部等の残部を潤滑、冷却した潤滑
油と高段圧縮機の軸受部等を潤滑、冷却した潤滑油とを
前記高段圧縮機へ戻すための潤滑油回路と油戻し孔を前
記高段圧縮機に設け、低段圧縮機と高段圧縮機とに設けられる前記油戻し孔
が、ロータケーシングのシリンダ内壁の閉じ込み線を形
成する端縁よりもロータの歯先１ピッチ相当以上吐出側
におけるシリンダ内部位置にそれぞれ設けられ、また前記低段圧縮機にのみ油噴射孔が設けられ該油噴射
孔が前記油戻し孔よりも高圧側に位置されていること。

（作用）低段圧縮機及び高段圧縮機の油戻し孔が何れも低圧側に
連通しないシリンダ内部位置に設けられているので、潤
滑油に溶解している冷媒が低圧部でガス化するおそれが
なく、したがって圧縮機の吸入ガス量を減少させること
がない。また、低段圧縮機の軸受部等を潤滑冷却する
「潤滑油の一部」を高段圧縮機の油戻し孔から導入させ
るので、低段圧縮機の油戻し孔から導入させるよりも高
低両段圧縮機を通じて流れる全油量が減少する（油戻し
孔から低段圧縮機及び高段圧縮機のそれぞれのロータケ
ーシング内に流入する潤滑油の量は、オイルヘッダーと
油戻し孔との間の圧力差によってそれぞれ決るのである
が、高段圧縮機の油戻し孔の位置におけるシリンダ内圧
力は、低段圧縮機の油戻し孔の位置におけるシリンダ内
圧力より当然に高くなっているので、オイルヘッダーと
の圧力差が低段圧縮機の場合よりも小さい訳であり、し
たがって前記「潤滑油の一部」は高段圧縮機の油戻し孔
の方に導入させることにより流入油量が少なくなる。そ
してこの全油量の減少は高低両段圧縮機のロータによる
油撹拌動力を減少させることになる。更に油噴射孔が低
段圧縮機のみに設けられているので、高段圧縮機にも油
噴射孔を設けていた従来技術に比べて潤滑油を撹拌する
ために消費されていた動力も節約できる。

（実施例）本考案の実施の１例を説明する。第６図は冷凍機用の二
段スクリュー圧縮装置の潤滑油の循環回路等を示すもの
である。雌雄ロータ1,2は低段側、雌雄ロータ11,12は高
段側で、雄ロータ２と雄ロータ12とは互いに一体にとな
るように連結されて原動機により駆動され、雌ロータ１
と雌ロータ11はそれぞれかみ合う雄ロータ２と雄ロータ
12によって駆動される。

低段側の雄ロータ２はその回転軸の一端部をメーンベア
リング28、スラストベアリング29により、またその回転
軸の他端部をサイドベアリング35によりそれぞれ支持さ
れる。また低段側の雌ロータ１はその回転軸の一端部を
メーンベアリング28′、スラストベアリング29′によ
り、またその回転軸の他端部をサイドベアリング35′に
より、それぞれ支持される。30はシールである。

一方、高段側の雄ロータ12はその回転軸の一端部をメー
ンベアリング36、スラストベアリング37により、またそ
の回転軸の他端部をサイドベアリング38によりそれぞれ
支持される。また高段側の雌ロータ11はその回転軸の一
端部をメーンベアリング36′、スラストベアリング37′
により、またその回転軸の他端部をサイドベアリング3
8′によりそれぞれ支持される。39はバランスピストン
である。

ガスは蒸発器に連通する経路21から低段側に吸入され、
圧縮後、中間圧経路22,23,24を経て高段側に吸入され、
圧縮後、経路25から吐出され油分離器（図示しない）を
経て凝縮器に流入する。潤滑油は経路25に連結される油
分離器から分離されて経路26を介してオイルヘッダ27に
流入し、ここから複数の経路に分れて圧縮機の各部へ供
給される。

経路31からの潤滑油はメーンベアリング28,28′→スラ
ストベアリング29,29′の流れとシール30の流れに分流
後、合流して雌ロータ１の油戻し孔８から低段側の圧縮
機に流入し「潤滑油回路」を形成する。経路32からの潤
滑油は油戻し孔８よりも高圧側の油噴射孔14から低段側
の圧縮機内に直接噴射される。経路33からの潤滑油はサ
イドベアリング35,35′に分流後、低段側の圧縮機に流
入させることなく経路34から分流するメーンベアリング
36,36′→スラストベアリング37,37′の流れと合流して
雌ロータ11の油戻し孔18から高段側の圧縮機に流入する
とともに、経路34からの潤滑油の分流する流れの一部は
サイドベアリング38,38′を流れたのち前記の油戻し孔1
8から高段側の圧縮機に流入し「潤滑油回路」を形成す
る。従来技術ではサイドベアリング35,35′に分流した
潤滑油も漫然と低段側の圧縮機に流入させていたのでこ
の油をロータの回転により撹拌するための動力を要して
いたが本実施例のようにすることによってこの動力分を
節約することができる。また、経路34からの潤滑油の分
流する流れの他部は、バランスピストン39の一側に働
き、バランスピストン39の他側は低段側の圧縮機の油戻
し孔８への経路に連通し、バランスピストン39のラビリ
ンス・シール部からの「漏れ分」を該圧縮機内に流入さ
せる。

低段側の圧縮機の油戻し孔８及び油噴射孔14から内部に
流入した潤滑油の全量は、圧縮機の吐出口から冷媒とと
もに経路22へ吐出され経路23,24を経て高段側の圧縮機
に流入する。

前記の油戻し孔8,18は次のように構成される。第７図に
おいて、低段側について、歯数の多い方のロータの歯先
IIが吸入口の端縁６に達した時、すなわち歯先Ｉと歯先
II及びシリンダ内壁４によって閉歯溝空間が形成された
後に、歯先Ｉが油戻し孔８を通過するように、油戻し孔
８を吸入口の端縁６より突出端面10の側へ向けて少なく
とも歯数の多い方のロータの歯先１ピッチ以上離れた位
置に設ける。以上の相互関係は第８図により一層明らか
である。すなわち、従来技術においては端縁６に近い位
置に油戻し孔８′が設けられていたため、雌ロータの歯
先Ｉ′が油戻し孔８′を通過したとき、歯先II′はまだ
端縁６に達せず、油戻し孔８′は低圧側に連通開口する
ことになる。これに対し本考案の実施例では油戻し孔８
の位置に設けたので、歯先IIが端縁６に達したとき、歯
先Ｉはいまだ油戻し孔８の直前にあるとになり、歯先Ｉ
と歯先II及びシリンダ内壁４によって閉歯溝空間が形成
され、油戻し孔８が低圧部に開口するようなことがな
い。高圧側の油戻し孔18も同様な位置に設ける。

前記のような位置に油戻し孔8,18を設けることにより、
従来技術のように油戻し孔8,18が直接にガス吸入室に連
通することがなくなり、潤滑油中に溶解している冷媒が
低圧部でガス化することがない。また低段側について
は、蒸発器から流入する低温の湿り吸入ガスが暖い戻り
の油と接触し過熱再膨脹されたりして、圧縮機への吸入
ガス量が減少するようなことがなくなる。

油戻し孔8,18は歯数の多いロータ側に穿孔されるのであ
るが、本実施例では雄ロータは４枚、雌ロータは６枚で
あるので雌ロータ側に穿孔されている。歯数の多いロー
タ側に油戻し孔を設ければ閉じ込み線に一層近くそれら
を設けることができ冷媒の再膨脹を一層少なくできる。

また、従来技術では二段圧縮の場合においても高段圧縮
機に漫然と油噴射孔を設けて潤滑油を噴射していたの
で、余剰の油量が導入され、これをロータにより撹拌し
て吐出口へ運ぶため、この油を撹拌する動力を要してい
た。本考案では、高段圧縮機への給油は低段圧縮機から
経路24を経て導入される潤滑油と高段側の軸受部等を流
れて油戻し孔18から導入される潤滑油と和で油量として
十分であり該油量でロータケーシング内のシール、冷却
及び潤滑作用が十分に行なわれ高段圧縮機の性能上何等
支障のないことを見出した。本考案はこの発見に基き高
段圧縮機の油噴射孔を廃止したものであり、これにより
前記の動力を節減することができた。

また潤滑油は冷凍機油を用いるが、合成油または液体に
潤滑剤を混入したものでもよい。次に、第９図に冷凍機
の運転条件の変化に基く給油量と断熱効率との関係を示
す。これは出願人会社の前記二段スクリュー圧縮機（16
12C型）を冷媒Ｒ−22、冷媒凝縮温度Tc＝35℃、回転数
Ｎ＝3000r.p.mで、冷媒蒸発温度を変化させた場合に給
油量の大小が断熱効率にどのような影響があるかを示し
ており、最適油量があることが分る。すなわち断熱効率
の最高となる最適給油量は冷媒蒸発温度が低い程小さく
なることが分る。本考案の実施例では、冷凍機の運転条
件（冷媒蒸発温度）に応じ最適給油量となるように、第
６図のオイルヘッダ27から分岐する経路31,32,33,34等
に絞りを設けて給油量を調整する。

次に、前記の二段スクリュー圧縮機が前記と同様の条件
すなわち、冷媒Ｒ−22、冷媒凝縮温度Tc＝35℃、回転数
Ｎ＝3000r.p.mで冷媒蒸発温度を異にして運転される場
合、本考案の前記実施例によりどのような効果が奏され
るかを第10図により説明する。

△印は従来技術による蒸発温度と断熱効率との関係を示
す曲線であるが、これに最適給油量となるような絞りを
設けた後の曲線は◇印のようになり、最適給油量の対策
と油戻し孔の位置調整とを共に実施した後の曲線は○印
のようになる。これによれば、冷媒蒸発温度Tc＝35℃、
冷媒凝縮温度Te＝−60℃において、最適給油量の調整と
油戻し位置の調整とを行なった場合、断熱効率を約25％
向上させることが分る。

〔考案の効果〕

二段スクリュー圧縮装置において、低段側及び高段側の
油噴射式のスクリュー圧縮機の油戻し孔が何れも低圧側
に連通しないシリンダ内部位置に設けられているので、
潤滑油に溶解している冷媒が低圧部でガス化するおそれ
がなくなる。したがって圧縮機の吸入ガス量を減少させ
ることがなくなる。

また、低段圧縮機の軸受部等を潤滑冷却する「潤滑油の
一部」を潤滑油回路により高段圧縮機の油戻し孔から導
入させるので、それを低段圧縮機の油戻し孔から導入さ
せる場合に比べて低段圧縮機と高段圧縮機とを通じて流
れる全油量が減少することになる。したがって、この全
油量の減少によりロータによって油を撹拌するために消
費される動力を減少させることができる。

更に従来技術では二段圧縮の場合においても高段圧縮機
に漫然と油噴射孔を設けて潤滑油を噴射していたが、高
段圧縮機側には低段圧縮機の吐出口から圧縮ガスととも
に送られてくる潤滑油分があるので、その外には油戻し
孔から導入される潤滑油分があれば十分であり、ロータ
ケーシング内のシール、冷却及び潤滑には油噴射孔から
の潤滑油は不要であることが判明した。この理由により
本考案では油噴射孔を低段圧縮機のみに設けることとし
たので、高段圧縮機にも油噴射孔を設けていた従来技術
に比べて余分の潤滑油を撹拌するために消費されていた
動力も節約できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の油噴射式のスクリュー圧縮機を吸入口側
から見た平面図、第２図は雌ロータ側から水平方向に見
た吸入口の説明図、第３図は雌ロータ側から見た吸入口
の閉じ込み線を形成する端縁、油戻し孔、雌ロータのネ
ジ山線の位置関係の説明図、第４図は油中に溶解するフ
ロン−22の分量のグラフ、第５図は蒸発温度とGo/Gcの
関係を示すグラフ、第６図は本考案の実施例の給油系統
図、第７図は本考案の実施例において雌ロータ側から見
た吸入口の閉じ込み線を形成する端縁、油戻し孔、雌ロ
ータのネジ山線の位置関係の説明図、第８図は前記実施
例において端縁、油戻し孔と雌ロータの歯先の位置関係
の説明図、第９図は油噴射式のスクリュー圧縮機におけ
る給油量と断熱効率との関係を示すグラフ、第10図は本
考案の実施例による省エネルギ効果を示すグラフであ
る。１…ロータとしての雌ロータ、２…ロータとしての雄ロ
ータ、４…シリンダ内壁、6,7…吸入口の端縁、８…油
戻し孔、10…吐出端面、11…ロータとしての雌ロータ、
12…ロータとしての雄ロータ、13…ロータケーシング、
14…油噴射孔、18…油戻し孔。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】低段圧縮機の軸受部等の一部を潤滑、冷却
した潤滑油を前記低段圧縮機へ戻すための潤滑油回路と
油戻し孔を前記低段圧縮機に設け、前記低段圧縮機の軸
受部等の残部を潤滑、冷却した潤滑油と高段圧縮機の軸
受部等を潤滑、冷却した潤滑油とを前記高段圧縮機へ戻
すための潤滑油回路と油戻し孔を前記高段圧縮機に設
け、低段圧縮機と高段圧縮機とに設けられる前記油戻し
孔が、ロータケーシングのシリンダ内壁の閉じ込み線を
形成する端縁よりもロータの歯先１ピッチ相当以上吐出
側におけるシリンダ内部位置にそれぞれ設けられ、また
前記低段圧縮機にのみ油噴射孔が設けられ該油噴射孔が
前記油戻し孔よりも高圧側に位置している二段スクリュ
ー圧縮装置。
【請求項２】油戻し孔及び油噴射孔に給油する各経路に
は冷媒蒸発温度に対して断熱効率が最高となるように給
油量を調整するための絞りが設けられている実用新案登
録請求の範囲第１項記載の二段スクリュー圧縮装置。
【請求項３】油戻し孔が歯数の多い方のロータ側のシリ
ンダ内部位置に設けられている実用新案登録請求の範囲
第１項又は第２項記載の二段スクリュー圧縮装置。