JPH09151870A - 油冷式スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】圧縮中のガスと油との熱交換が従来の技術より
も長時間行えるような噴射ノズルの方向及び油の噴射速
度をみつける。 【解決手段】噴射ノズルより噴射した油が円筒状のボア
部の軸心の方向を向いた半径方向速度成分のみならず、
回転方向と反対の方向を向いた円周方向速度成分と吐き
出し口の方向を向いた軸方向速度成分を有するように傾
斜させた噴射ノズルをすくなくとも一つ備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は油冷式スクリュー圧
縮機の高性能化に係り、特に、圧縮中のガスの油冷却の
高性能化に関する。

【０００２】

【従来の技術】雄，雌ロータとケーシングとで形成され
る圧縮室に油を給油する噴射ノズルを備えた油冷式スク
リュー圧縮機では、最初は特公昭36−12832 号公報にお
いてみられるように、互いに交差した円筒状のボア部を
有するケーシングの圧縮側の交差線近くより雄，雌ロー
タの歯のかみあい部をめがけて油を噴射していた。その
後特公昭52−135407号公報においてみられるように、ボ
ア部の交差線から離れた位置でロータの軸心をめがけて
半径方向に噴射することも行われている。しかしこのよ
うな噴射方法では、油はロータ表面に短時間で当たって
しまいガス中を飛行している時間は最短に近い。従って
圧縮ガスの冷却はロータに当たった油の再飛散に期待せ
ざるを得ない。ロータに付着した油によるガスへの冷却
効果は、油表面が膜状になり表面積が小さいのでほとん
ど期待できない。また、油の再飛散によるガス中の浮遊
油の量も多いとは期待できず、その飛散方向も不確定で
ありロータに捕獲されやすい。

【０００３】従って、従来の技術は圧縮中のガスの冷却
という観点からみると不十分であると言わざるを得な
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、圧縮
中のガスの冷却のための噴射油の噴射方向に関して、ロ
ータと接触してロータに付着する噴射油の量を少なく
し、圧縮中のガスと油との熱交換が従来の技術よりも長
時間行えるような噴射ノズルの方向及び油の噴射速度を
みつけることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】課題を解決する手段の一
つは、噴射ノズルより噴射した油が円筒状のボア部の軸
心の方向を向いた半径方向速度成分のみならず、回転方
向と反対の方向を向いた円周方向速度成分と吐き出し口
の方向を向いた軸方向速度成分を有するように傾斜させ
た噴射ノズルをすくなくとも一つ備えることである。

【０００６】手段の二つ目は、円周方向速度成分と軸方
向速度成分との合成速度成分と、軸方向速度成分との成
す角度が前記ノズルの設けられた側のロータの歯の外径
のねじれ角より小さくなるように噴射ノズルを傾斜させ
ることである。

【０００７】手段の三つ目は、噴射ノズルの軸心を延長
した線が、前記ノズルの設けられた側のロータの谷底径
よりなる円筒にほぼ接するように噴射ノズルを傾斜させ
ることである。

【０００８】手段四つ目は、噴射ノズルより噴射した油
の軸方向速度成分より前記ノズルの設けられた側のロー
タの歯の軸方向速度を差し引いた速度が、油の円周方向
速度成分を前記ロータの歯の外径のねじれ角の正接で除
した速度にほぼ等しくなるように噴射ノズルを傾斜させ
ることである。

【０００９】手段の五つ目は、噴射ノズルより噴射した
油の円周方向速度成分をＵｔ（単位はｍ／ｓ）とすると
きほぼ数１が成り立つように傾斜させた噴射ノズルとす
ることである。

【００１０】

【数１】 Ｕｔ＝（１２・Ｎ・Ｒｉ・cos(θrt))／(θｄ−θｉ−θｐ) …（数１） ここに、Ｎは前記ロータの回転速度(単位はrev／ｓ）、
Ｒｉは前記ロータの歯の谷底半径（単位はｍ）、cosは
余弦、θrtは数２により求まる角度（単位は度)、θｄ
は吐出開始雄ロータ回転角（単位は度）、θｉは噴射開
始雄ロータ回転角（単位は度）、θｐは３６０度を前記
ロータの歯数で除した角度（単位は度）である。

【００１１】

【数２】 sin(θrt)＝Ｒｉ／Ｒｏ …（数２） ここに、Ｒｏは前記ロータの外径（単位はｍ）である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１から
図５により説明する。

【００１３】図１で、互いにかみあい，ねじれた歯を有
する一対の雄ロータ１と雌ロータ２は互いに交差した円
筒状のボア部を有するケーシング３とＤケーシング４の
中に収納され、雄ロータ１のシャフト５及び６はラジア
ル軸受９及び１０，スラスト軸受１１により回転自在に
ケーシングから支承され、雌ロータ２のシャフト７及び
８もラジアル軸受１２及び１３，スラスト軸受１４によ
り回転自在に支承されており、雌ロータ２は雄ロータ１
の歯により駆動される。両ロータの歯とケーシングとに
より構成される圧縮室１９には、雄ロータ側のボア部に
設けられた噴射ノズル１５と雌ロータ側のボア部に設け
られた噴射ノズル１６より油が噴射され、圧縮ガスの冷
却、雄，雌ロータ間の歯のかみあい部の潤滑及び両ロー
タ間やロータとケーシング間のガスのシールを行う。ケ
ーシング３の吸い込み側にはシャフト５のシールのため
にメカシール１７が装着され、シャフト５の軸端にはプ
ーリ１８が固着され、原動機（図示せず）からベルト
（図示せず）を介して駆動される。圧縮されるガスは吸
い込み口２１を通って吸い込みポート２３から圧縮室１
９に吸い込まれ、ロータの回転にともなう圧縮室容積の
減少により圧縮され、吐き出しポート２２を通って吐き
出し口（図示せず）より送りだされる。

【００１４】油の噴出ノズル１５及び１６は、噴射した
油が前記円筒状のボア部の軸心の方向を向いた半径方向
速度成分のみならず、回転方向と反対の方向を向いた円
周方向速度成分と吐き出し口の方向を向いた軸方向速度
成分を有するように傾斜している。

【００１５】以下は雄ロータ側を例にとって説明する。

【００１６】図２で、噴射ノズル１５から噴射された油
の速度をＵとし、この速度の軸心の方向を向いた半径方
向速度成分をＵｒ，回転方向と反対の方向を向いた円周
方向速度成分をＵｔ，吐き出し口の方向を向いた軸方向
速度成分をＵａとする。速度Ｕは半径方向速度成分Ｕｒ
のみならず、円周方向速度成分Ｕｔ及び軸方向速度成分
Ｕａも有しているので、従来のように半径方向速度成分
Ｕｒのみを有している場合に比較して長時間ロータ壁や
ボア壁に当たらずにガス中を飛行でき、従ってガスを冷
却する効果も従来のものより大きい。

【００１７】また、図４より明らかなように円周方向速
度成分Ｕｔと軸方向速度成分Ｕａとの合成速度成分Ｕta
と、軸方向速度成分Ｕａとの成す角度θtaが前記ノズル
の設けられた側のロータ（この場合雄ロータ）の歯の外
径のねじれ角ψｍより小さくなるように噴射ノズルを傾
斜させている。前記ロータの周速度をＶｔとすると、前
記ロータの歯の軸方向速度Ｖａは次の式で表される。

【００１８】

【数３】 Ｖａ＝Ｖｔ／tanψｍ …（数３） 角度θtaがねじれ角ψｍより小さくなるように噴射ノズ
ルを傾斜させているので、噴射された油はさらに長時間
圧縮室内を飛行でき、ガスとの熱交換を行うことができ
る。

【００１９】また、図３に示すように噴射ノズルの軸心
を延長した線が、前記ノズルの設けられた側のロータの
谷底径よりなる円筒にほぼ接するように傾斜させた噴射
ノズルとなっているので、噴射された油はさらに長時間
圧縮室内を飛行でき、ガスとの熱交換を行うことができ
る。図３より明らかなように円周方向速度成分Ｕｔと半
径方向速度成分Ｕｒとの合成速度成分Ｕrtと、半径方向
速度成分Ｕｒとの成す角度θrtがほぼ次式を満足すると
き上記の条件が満足される。

【００２０】

【数４】 sin(θrt)≒Ｒｉ／Ｒｏ …（数４） ここに、sin は正接、Ｒｏは前記ロータの外径（単位は
ｍ）であり、Ｒｉは前記ロータの谷底径（単位はｍ）で
ある。

【００２１】また、図４で噴射された油の軸方向速度Ｕ
ａを歯の軸方向速度Ｖａより大きくし、その差を噴射さ
れた油の円周方向速度Ｕｔを前記ロータの歯の外径のね
じれ角ψｍの正接で除した速度にほぼ等しくなるように
傾斜させるとき、次式が成立つ。

【００２２】

【数５】 Ｕａ−Ｖａ≒Ｕｔ／tan(ψｍ） …（数５） このように傾斜させると、図４の視点より見るとき噴射
された油は前記ロータの移動する歯にほぼ平行に飛行
し、さらに長時間ガスとの熱交換を行うことができる。

【００２３】図５は圧縮室の容積比率と雄ロータの回転
角度θ（単位は度）との関係を示した図である。図３の
雄ロータの歯Ａと歯Ｂとではさまれた容積Ｃと、Ａの先
端の回転角度θとの関係を示している。θｄを吐出開始
雄ロータ回転角、θｉを噴射開始雄ロータ回転角とす
る。噴射された油は圧縮室１９が吐出ポート２２に到達
するまでにガスとの熱交換を完了させていることが望ま
しい。吐出ポート２２より出た後でガスを冷却しても圧
縮動力低減の効果が少ないからである。噴射された油の
円周方向速度Ｕｔが次式をほぼ満足するとき、前述の条
件を満たすことができる。

【００２４】

【数６】 Ｕｔ≒(１２・Ｎ・Ｒｉ・cos(θrt))／(θｄ−θｉ−θｐ) …（数６） ここに、Ｎは前記ロータの回転速度（単位はrev／mi
n）、Ｒｉは前記ロータの歯の谷底半径(単位はｍ）、co
sは余弦、θrtは数４により求まる角度(単位は度)、θ
ｐは３６０度を前記ロータの歯数で除した角度（単位は
度）である。

【００２５】以下に雄ロータ側噴射ノズルについて、計
算例を示す。

【００２６】ロータ外径を１０５mm，ロータ谷径を７０
mm，歯数を５枚，全巻き角を３００度，リードを１４
８.２mm，ビルトイン容積比を４.４１６，回転速度を3,
000rev／min とし、噴射角度θｉを７０度とすると、θ
ｄは２２５度、θｐは７２度、ねじれ角ψｍは６５.８
度、数４によりθrtは４１.８度となる。従って、数５
によりＵｔは約８.３ｍ／ｓとなり、Ｖａは約７.４ｍ／
ｓであるから数４により、Ｕａは約１１.１ｍ／ｓとな
る。従って、tan（θta）＝Ｕｔ／Ｕａよりθtaは３６.
８度となる。またＵｒ＝Ｕｔ／tan（θrt）よりＵｒは
約９.３ｍ／ｓ となる。従って、噴射ノズルの方向は半
径線に対しθrt傾き、軸線に対しθta傾いた方向とすれ
ば良い。

【００２７】以上、示した理由により、本実施例の油冷
式スクユー圧縮機の噴射ノズルによると、噴射された油
はガスとの熱交換を十分におこなってガスを冷却するこ
とができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の油冷却スクリュー圧縮機は十分
なガスの冷却を実現できるので、圧縮動力を小さくでき
高性能な油冷却スクリュー圧縮機を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の油冷却スクリュー圧縮機の
横断面図。

【図２】図１の雄ロータ側の油の噴出方向及び油の噴出
速度の説明図。

【図３】図１のIII−III矢視図。

【図４】図１の雄ロータ側の油の噴出方向及び油の噴出
速度の円周方向−軸方向の説明図。

【図５】

【符号の説明】

１…雄ロータ、２…雌ロータ、３…ケーシング、４…Ｄ
ケーシング、１５…雄ロータ側噴射ノズル、１６…雌ロ
ータ側噴射ノズル、１９…圧縮室、２１…吸い込み口、
２２…吐き出しポート。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いにかみあい，ねじれた歯を有する一対
   の雄ロータと雌ロータとを収納し互いに交差した円筒状
   のボア部を有するケーシングを備え、前記ケーシングが
   ガスの吸い込み口と吐き出し口及び前記雄ロータと前記
   雌ロータと前記ケーシングとで形成される圧縮室に油を
   給油する噴射ノズルを備えた油冷式スクリュー圧縮機に
   おいて、前記噴射ノズルより噴射した油が前記円筒状の
   ボア部の軸心の方向を向いた半径方向速度成分のみなら
   ず、回転方向と反対の方向を向いた円周方向速度成分と
   吐き出し口の方向を向いた軸方向速度成分を有するよう
   に傾斜させた噴射ノズルをすくなくとも一つ備えたこと
   を特徴とする油冷式スクリュー圧縮機。
2. 【請求項２】請求項１に記載の円周方向速度成分と軸方
   向速度成分との合成速度成分と、軸方向速度成分との成
   す角度が前記ノズルの設けられた側のロータの歯の外径
   のねじれ角より小さくなるように傾斜させた噴射ノズル
   である油冷式スクリュー圧縮機。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の噴射ノズルの軸
   心を延長した線が、前記噴射ノズルの設けられた側のロ
   ータの谷底径よりなる円筒にほぼ接するように傾斜させ
   たことを特徴とする油冷式スクリュー圧縮機。
4. 【請求項４】請求項３に記載の前記噴射ノズルより噴射
   した油の軸方向速度成分より前記噴射ノズルの設けられ
   た側のロータの歯の軸方向速度を差し引いた速度が、油
   の円周方向速度成分を前記ロータの歯の外径のねじれ角
   の正接で除した速度にほぼ等しくなるように傾斜させた
   噴射ノズルである油冷式スクリュー圧縮機。
5. 【請求項５】請求項４に記載の噴射ノズルより噴射した
   油の円周方向速度成分をＵｔ（単位はｍ／ｓ）とすると
   きほぼ数１が成り立つように傾斜させた噴射ノズルであ
   ることを特徴とする油冷式スクリュー圧縮機。 【数１】 Ｕｔ＝（１２・Ｎ・Ｒｉ・cos（θrt))／(θｄ−θｉ−θｐ） …（数１） ここに、Ｎはロータの回転速度（単位はrev／min）、Ｒ
   ｉは前記ロータの歯の谷底半径（単位はｍ）、cos は余
   弦、θrtは数２により求まる角度（単位は度）、θｄは
   吐出開始雄ロータ回転角（単位は度）、θｉは噴射開始
   雄ロータ回転角（単位は度）、θｐは３６０度を前記ロ
   ータの歯数で除した角度（単位は度）である。 【数２】 sin(θrt)≒Ｒｉ／Ｒｏ …（数２） ここに、sin は正弦、Ｒｏは前記ロータの外半径（単位
   はｍ）である。