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JP4664254B2 - 圧縮機用軸受 - Google Patents

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Description

本発明は圧縮機用軸受、例えばスクリュ圧縮機用軸受に関する。
従来、特許文献１に示すように、スクリュ圧縮機のロータ軸を支持する軸受のうちラジアルすべり軸受としては、運転中に一定方向に高荷重が作用するため、固定すべり面を有する動圧すべり軸受、なかでも円筒状の真円軸受が使用されている。この真円軸受では、図８に示すように、ロータ軸２１を支持する軸受面２２に油を供給するために、軸受荷重Ｐの方向と反対側に油溝２３を設けて、該油溝２３に給油孔２４を介して外部から油を供給するようにしている。この油溝２３はロータ軸２１の冷却も兼用しているため、油溝２３の周方向の長さＡは１２０°程度の広い角度に設定されている。
特開２００５−６９１８６号公報
油冷式スクリュ圧縮機では、給油圧力は圧縮機の吐出圧力と等しいので、油溝内の圧力もほぼ吐出圧力に等しい。一方、軸受の周囲圧力は圧縮機の吸込圧力とほぼ等しい。従って、ロータ軸には、通常作用する圧縮ガスによる荷重Ｐ１と、油溝の油圧による荷重Ｐ２が作用する。高圧圧縮機の場合、給油圧力も大きくなるため、荷重Ｐ１の例えば約１．５倍の荷重Ｐ２が作用する。このため、軸受が耐えきれずに損傷を起こすことがあった。
そこで、油溝２３の角度を小さくすれば、ロータ軸２１に作用する油圧面積が小さくなり、荷重Ｐ２を小さくできるが、ロータ軸２１の冷却ができず、ロータ軸２１が熱膨張を起こして、隙間がなくなり、軸受が損傷するという問題があった。
本発明は、油圧による荷重が小さく、ロータ軸の冷却効果が大きい圧縮機用軸受を提供することを課題とする。
前記課題を解決するために、本発明は、圧縮機のロータ軸を支持する圧縮機用軸受において、軸受荷重の作用方向と反対側の軸受面に、第１油溝を設けるとともに、該第１油溝に対して反回転方向に隣接して第２油溝を設けて、前記第１油溝と前記第２油溝に外部から油を供給する給油孔をそれぞれ設け、前記第２油溝の周方向の長さを前記第１油溝の周方向の長さより長くし、前記第２油溝の給油孔の大きさを前記第１油溝の給油孔の大きさより小さくしたものである。
また、本発明は、圧縮機のロータ軸を支持する圧縮機用軸受において、軸受荷重の作用方向と反対側の軸受面に、第１油溝を設けるとともに、該第１油溝に対して反回転方向に隣接して第２油溝を設けて、前記第１油溝と前記第２油溝に外部から油を供給する給油孔をそれぞれ設け、前記第２油溝の周方向の長さを前記第１油溝の周方向の長さより長くし、前記第２油溝に連通する流路の少なくとも一部の断面積を前記第１油溝に連通する流路の断面積より小さくしたものである。
さらに、本発明は、圧縮機のロータ軸を支持する圧縮機用軸受において、軸受荷重の作用方向と反対側の軸受面に、第１油溝を設けるとともに、該第１油溝に対して反回転方向に隣接して第２油溝を設けて、前記第１油溝と前記第２油溝に外部から油を供給する給油孔をそれぞれ設け、前記第２油溝の周方向の長さを前記第１油溝の周方向の長さより長くし、前記第２油溝に連通する流路に絞り手段を設けたものである。
前記軸受面に前記第２油溝から軸受端面まで延びる逃がし溝を設けることが好ましい。
軸受荷重の作用方向と反対側の軸受面に、前記第２油溝に対して反回転方向に隣接して第３油溝を設けて、前記軸受面に前記第３油溝から軸受端面まで延びる逃がし溝を設けることが好ましい。
この場合、前記第３油溝に外部から油を供給する給油孔を設けることが好ましい。
本発明によれば、軸受荷重の作用方向と反対側の軸受面に、第１油溝を設けるとともに、該第１油溝に対して反回転方向に隣接して第２油溝を設けて、第１油溝と第１油溝に外部から油を供給する給油孔をそれぞれ設け、第２油溝の周方向の長さを第１油溝の周方向の長さより長くし、第２油溝の給油孔の大きさを第１油溝の給油孔の大きさより小さくしている。また、第２油溝の給油孔と第１油溝の給油孔の大きさを変えずに、第２油溝に連通する流路の少なくとも一部の断面積を第１油溝に連通する流路の断面積より小さくするか、第２油溝に連通する流路に絞り手段を設けている。
このため、第１油溝に供給された油は軸受とロータ軸の隙間に入ってロータ軸を潤滑するが、第１油溝の周方向の長さが小さくてロータ軸に対する油圧面積が小さいので、第１油溝に供給される油圧による荷重が小さくなり、軸受の損傷を防止することができる。
また、第２油溝に供給された油はロータ軸を冷却するが、第２油溝の周方向の長さが第１油溝の周方向の長さより長くて冷却面積が大きいので、ロータ軸の冷却効果が大きくなり、ロータ軸の熱膨張による隙間の減少による軸受の損傷を防止することができる。
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
図１は、本発明に係る軸受を使用した油冷式スクリュ圧縮機１を示す。この油冷式スクリュ圧縮機１のケーシング２内には互いに噛合する雌雄１対のスクリュロータ３，４が収容されている。各スクリュロータ３，４の両端のロータ軸５，６は、以下に説明する本発明に係るラジアル軸受７によって支持されている。また、図１において左側のラジアル軸受７の外側には、ロータ軸５，６に嵌着された円板状のスラスト部材８を両側から支持するスラスト軸受９が軸受押さえ１０，１１を介して設けられている。一方のスクリュロータ３の図１において右側のロータ軸５は、図示しないモータにより回転駆動され、このスクリュロータ３の回転に伴って他方のスクリュロータ４が回転するようになっている。
図２は、スクリュロータ３の図１において左側のラジアル軸受７の拡大断面図である。他のラジアル軸受７もこの図２に示したものと同様の構成であり、説明を省略する。ラジアル軸受７のロータ軸５が摺動する内周の軸受面１２のうち、軸受荷重Ｐの作用方向と反対側の軸受面１２ａに、第１油溝１３、第２油溝１４、第３油溝１５が形成されている。ここで、軸受荷重Ｐの作用方向と反対側の軸受面１２ａとは、スクリュ圧縮機１の運転中に作用する圧縮ガスによる荷重とスクリュロータ３，４及びロータ軸５，６の自重との合力の方向と反対側の約１８０°の範囲の軸受面をいう。一例として、図２では、軸受荷重Ｐの作用方向を下向きにしてある。第１油溝１３は、ロータ軸５の回転方向の最も下流側に位置している。第２油溝１４は第１油溝１３の上流側、第３油溝１５は第２油溝１４の上流側にある。換言すれば、第２油溝１４は第１油溝１３に対して反回転方向に隣接し、第３油溝１５は第２油溝１４に対して反回転方向に隣接している。第１油溝１３、第２油溝１４、第３油溝１５にはそれぞれ、ラジアル軸受７の外周面と連通する第１給油孔１６、第２給油孔１７、第３給油孔１８が形成されている。第１給油孔１６、第２給油孔１７、第３給油孔１８には、スクリュ圧縮機１から吐出された吐出ガスから油分離回収器により分離回収された油が供給されるようになっている。
第１油溝１３は、ロータ軸５の軸受荷重Ｐを受ける軸受面１２ｂに油を供給する機能を有する。このため、第１油溝１３は、軸受荷重Ｐを受ける軸受面１２ｂに第２油溝１４よりも近く配置されている。第１油溝１３は、軸受荷重Ｐを受ける軸受面１２ｂとロータ軸５との間に油を供給するので、ある程度高い圧力が必要である。また、第１油溝１３の油は軸受面１２とロータ軸５の隙間に進入するが、一部は軸受端面から外部に逃げる。この逃げる油が多いと、第１油溝１３の油圧が低下し、軸受面１２とロータ軸５の隙間に油を供給できなくなる。このため、第１油溝１３の第１給油孔１６は他の油溝１４，１５の給油孔１７，１８より大きく形成されている。すなわち、第１給油孔１６の軸受面１２側の開口面積は、給油孔１７，１８の軸受面１２側の開口面積より大きくなっている。
第２油溝１４は、その内部に溜めた油によりロータ軸５を冷却する機能を有する。このため、ロータ軸５との接触面積を大きくする必要があり、そのロータ軸５の内周面の長さＳは６０°から１２０°の角度に設けることが好ましい。図２の例では、９０°の角度に形成されている。第２油溝１４に高い圧力が生じると、ロータ軸５に過大な荷重が作用するため、圧力を下げる必要がある。第２油溝１４内の圧力は、第２給油孔１７から供給される油量と軸受端面から外部に逃げる油量のバランスで決定される。軸受端面から逃げる油量は、ロータ軸５と軸受面１２の隙間（図２はその隙間寸法を正確に示すものではなく、実際にはその隙間は軸受内径の１／１０００程度である）に依存する。第２油溝１４の第２給油孔１７が大きいと、油圧が高くなるので、第１給油孔１６より小さくする必要がある。反面、第２給油孔１７が小さいと、流動する油量が少なくなり、ロータ軸５の冷却効果が低下する。そこで、図３に示すように、第２油溝１４と軸受端面の間に逃がし溝１９が形成されている。第２油溝１４に供給された油は逃がし溝１９から流出するので、流動する油量が多くなり、ロータ軸５の冷却効果を高めることができる。
第３油溝１５は、第１油溝１３から軸受面１２とロータ軸５との間に供給されて矢印Ｒ１，Ｒ２方向に流れる高温の油を受け入れて外部に逃がす機能を有する。第１油溝１４から軸受面１２とロータ軸５との間に供給された油は、矢印方向Ｒ１に流れる間に強いせん断力を受けて温度が上昇する。さらに油は矢印方向Ｒ２に流れて低圧の第２油溝１４に流れ込もうとする。高温の油が第２油溝１４に流れると第２油溝１４内の油の温度が上昇し、ロール軸５の冷却が困難になる。そこで、第２油溝１４の上流側に第３油溝１５を設けるとともに、この第３油溝１５と軸受端面の間に逃がし溝２０を形成して、高温の油を受け入れて外部に逃がし、第２油溝１４内の油の温度上昇を防止し、第２油溝１４内の油によるロール軸５の冷却効果を保持するようにしている。また、第３油溝１５に第３給油孔１８を介して外部から油を供給して、第３油溝１５内の油の圧力を高め、受け入れた高温の油の排出を容易にしている。
次に、前記構成からなる油冷式スクリュ圧縮機１のラジアル軸受７の作用について説明する。
スクリュ圧縮機１から吐出された吐出ガスから油分離回収器により分離回収された油は、図示しない油供給管路によりラジアル軸受７の第１給油孔１６、第２給油孔１７、第３給油孔１８に供給される。第１給油孔１６から第１油溝１３に供給された油は、軸受面１２とロータ軸５の隙間に進入し、矢印方向Ｒ１，Ｒ２に流動しながら潤滑油として作用し、第３油溝１５に流入する。第２給油孔１７から第２油溝１４に供給された油は、ロータ軸５を冷却した後、逃し溝２０から流出する。第３給油孔１８から第３油溝１５に供給された油は、軸受面１２とロータ軸５の隙間から第３油溝１５に流入した高温の油とともに逃がし溝１９から流出することで、潤滑油として供された高温の油を排出する。
第１油溝１３のロータ軸５に対する油圧面積が小さいので、第１油溝１３に供給される油圧による荷重が小さくなり、軸受７の損傷を防止することができる。また、第２油溝１４の周方向の長さＳが第１油溝１３より長くて冷却面積が大きいので、ロータ軸５の冷却効果が大きい。さらに、潤滑に供された高温の油は第２油溝１４に至る前に第３油溝１５を通って排出されるので、第２油溝１４内の油の温度上昇を防止し、第２油溝１４内の油によるロール軸５の冷却効果を保持することができる。
図４は、本発明に係る他の実施形態の軸受の断面図である。この実施形態では、図２の前記実施形態のラジアル軸受７に加えて、ラジアル軸受７の周囲のスクリュ圧縮機１のケーシング部材３０とそのケーシング部材３０に接続される油供給路３１を示している。
ラジアル軸受７は、ケーシング部材３０に嵌合され、固定されている。ケーシング部材３０には、その内周部分で、かつ、ラジアル軸受７の第１給油孔１６、第２給油孔１７，第３給油孔１８に対向する部分に、環状油溝３０ａが形成されている（なお、図４では、この環状油溝３０ａが図示されているため、ケーシング部材３０にラジアル軸受７が接していないように描かれているが、環状油溝３０ａが設けられている部分以外でのケーシング部材３０の内周壁とラジアル軸受７の外周壁は接しており、上述の通り、ケーシング部材３０にラジアル軸受７は固定されている。）。そして、ケーシング部材３０には環状油溝３０ａに連通する連通孔３０ｂが形成されている。また、連通孔３０ｂは、油供給路３１に接続されている。そして、図示しない油分離回収器などの油の供給源から、油供給３１、連通孔３０ｂ、環状油溝３０ａを介して、第１給油孔１６，第２給油孔１７，第３給油孔１８、ひいては第１油溝１３、第２油溝１４、第３油溝１５に油が供給される。この構成からなる軸受の作用効果は前記実施形態のものと同様である。
図５は、本発明に係るさらに他の実施形態の軸受の断面図である。この実施形態では、前記実施形態のラジアル軸受７に加えて、ラジアル軸受７の周囲のスクリュ圧縮機１のケーシング部材３２とそのケーシング部材３２に接続される油供給路３３、３４、３５を示している。この実施形態の軸受は、図４の実施形態の軸受とは、第１油溝１３、第２油溝１４、第３油溝１５に油を供給する流路の構成が異なる。
すなわち、ケーシング部材３２には、第１給油孔１６と連通し、第１給油孔１６と同じ内径の連通孔３２ａが形成されている。連通孔３２ａには、連通孔３２ａと同じ内径の油供給路３３が接続されている。また、ケーシング部材３２には、第２給油孔１７と連通し、第２給油孔１７の内径より大きい内径（連通孔３２ａと同じ内径）の連通孔３２ｂが形成されている。連通孔３２ｂには、連通孔３２ｂと同じ内径の油供給路３４が接続されている。さらに、ケーシング部材３２には、第３給油孔１８と連通し、第３給油孔１８の内径より大きい内径（連通孔３２ａ、連通孔３２ｂと同じ内径）の連通孔３２ｃが形成されている。連通孔３２ｃには、連通孔３２ｃと同じ内径の油供給路３５が接続されている。すなわち、油供給路３３，３４，３５は同一の内径の流路である。そして、油供給路３３，３４，３５は図示しない油分離回収器などの油の供給源から延びている共通流路から分岐している。この構成からなる軸受の作用効果は前記実施形態のものと同様である。
図６は、本発明に係るさらに他の実施形態の軸受の断面図である。この実施形態では、図５の実施形態のケーシング部材３２に代えて、第１給油孔１６と連通し、第１給油孔１６の内径と同じ内径の連通孔３６ａが形成され、第２給油孔１７と連通し、第２給油孔１７の内径と同じ内径の連通孔３６ｂが形成され、第３給油孔１８と連通し、第３給油孔１８の内径と同じ内径の連通孔３６ｃが形成されたケーシング部材３６を有している。また、連通孔３６ａとそれに接続される油供給路３３は同一の内径であり、連通孔３６ｂとそれに接続される油供給路３７は同一の内径であり、連通孔３６ｃとそれに接続される油供給路３８は同一の内径である。そして、油供給路３３，３７，３８は図示しない油分離回収器などの油の供給源から延びている共通流路から分岐している。この構成からなる軸受の作用効果は前記実施形態のものと同様である。
すなわち、第２油溝１４に連通する流路の少なくとも一部の断面積が第１油溝１３に連通する油の流路のいずれの断面積より小さいことが重要である。例えば、図５に実施形態では、第２給油孔１７の断面積は、第１油溝１３に連通する第１給油孔１６，連通孔３２ａ，油供給路３３のいずれの断面積よりも小さい。また、図６に示したものでいえば、第２給油孔１７，連通孔３６ｂ，油供給路３７の断面積は、第１油溝１３に連通する第１給油孔１６，連通孔３６ａ，油供給路３３のいずれの断面積よりも小さい。なお、いずれの場合においても、第２油溝１４の内部の圧力は第１油溝１３の内部の圧力より小さくなる。
図７は、本発明に係るさらに他の実施形態の軸受の断面図である。この実施形態では、ラジアル軸受７ａの第２給油孔１７ａの内径は、第１給油孔１６と同じ内径である、また、油供給路３４にはオリフィス３９（絞り手段）が設けられている。前述したように、第２給油孔１７ａの内径は、第１給油孔１６と同じ内径であるが、油供給路３４にオリフィス３９（絞り手段）が設けられているため、第２油溝１４の内部の圧力は第１油溝１３の内部の圧力より小さくなる。この構成からなる軸受の作用効果は前記実施形態のものと同様である。オリフィス３９に代えて、ノズル、Ｖコーンノズル、ベンチリ管等の他の絞り手段を採用してもよい。絞りの度合いを適宜調整可能なものがよい。
なお、本発明に係る軸受けは、前記スクリュ圧縮機のほか、ロータリー圧縮機、ターボ圧縮機などの他の形式の圧縮機にも適用することができる。
本発明に係る軸受を使用した油冷式スクリュ圧縮機の断面図。 本発明に係る軸受の断面図。 本発明に係る軸受の軸受面の展開図。 本発明に係る他の軸受の断面図。 本発明に係るさらに他の軸受の断面図。 本発明に係るさらに他の軸受の断面図。 本発明に係るさらに他の軸受の断面図。 従来のラジアル軸受の断面図。
符号の説明
１ 油冷式スクリュ圧縮機
５，６ ロータ軸
７ ラジアル軸受
１２ 軸受面
１３ 第１油溝
１４ 第２油溝
１５ 第３油溝
１６ 第１給油孔
１７ 第２給油孔
１８ 第３給油孔
１９，２０ 逃がし溝
３０ ケーシング部材
３０ａ 環状油溝
３０ｂ 連通孔
３１油供給路
３２ ケーシング部材
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 連通孔
３３，３４，３５ 油供給路
３６ ケーシング部材
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ 連通孔
３７，３８ 油供給路
３９ オリフィス
Ｐ 軸受荷重

Claims (6)

  1. 圧縮機のロータ軸を支持する圧縮機用軸受において、軸受荷重の作用方向と反対側の軸受面に、第１油溝を設けるとともに、該第１油溝に対して反回転方向に隣接して第２油溝を設けて、前記第１油溝と前記第２油溝に外部から油を供給する給油孔をそれぞれ設け、前記第２油溝の周方向の長さを前記第１油溝の周方向の長さより長くし、前記第２油溝の給油孔の大きさを前記第１油溝の給油孔の大きさより小さくしたことを特徴とする圧縮機用軸受。
  2. 圧縮機のロータ軸を支持する圧縮機用軸受において、軸受荷重の作用方向と反対側の軸受面に、第１油溝を設けるとともに、該第１油溝に対して反回転方向に隣接して第２油溝を設けて、前記第１油溝と前記第２油溝に外部から油を供給する給油孔をそれぞれ設け、前記第２油溝の周方向の長さを前記第１油溝の周方向の長さより長くし、前記第２油溝に連通する流路の少なくとも一部の断面積を前記第１油溝に連通する流路の断面積より小さくしたことを特徴とする圧縮機用軸受。
  3. 圧縮機のロータ軸を支持する圧縮機用軸受において、軸受荷重の作用方向と反対側の軸受面に、第１油溝を設けるとともに、該第１油溝に対して反回転方向に隣接して第２油溝を設けて、前記第１油溝と前記第２油溝に外部から油を供給する給油孔をそれぞれ設け、前記第２油溝の周方向の長さを前記第１油溝の周方向の長さより長くし、前記第２油溝に連通する流路に絞り手段を設けたことを特徴とする圧縮機用軸受。
  4. 前記軸受面に前記第２油溝から軸受端面まで延びる逃がし溝を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧縮機用軸受。
  5. 軸受荷重の作用方向と反対側の軸受面に、前記第２油溝に対して反回転方向に隣接して第３油溝を設けて、前記軸受面に前記第３油溝から軸受端面まで延びる逃がし溝を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の圧縮機用軸受。
  6. 前記第３油溝に外部から油を供給する給油孔を設けたことを特徴とする請求項５に記載の圧縮機用軸受。
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