Screw compressor

本発明は、互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータを有するスクリュ圧縮機において、圧縮比等の運転条件が変化しても吐出口の大きさを簡便に変更可能なスクリュ圧縮機に関する。

スクリュ圧縮機の性能は、いわゆるアキシャルポート（軸方向の吐出口）及びラジアルポート（半径方向の吐出口）で成り立っている吐出口の形状（面積や形）に大きく左右される。 しかしながら、スクリュ圧縮機における吐出口の大きさは、運転条件によって通常固定されている。 即ち、この吐出口の大きさは、次式（１）で定義される設計容積比Ｖ _ｉによって決められている。
Ｖ _ｉ ＝Ｖ _１ ／Ｖ _２ （１）
ここで、
Ｖ _１ ：ロータ溝最大吸込容積
Ｖ _２ ：ロータ溝最終吐出容積

この設計容積比Ｖ _ｉと運転条件で決まる設計圧力比π _ｉとの関係は、次式（２）で表される。
π _ｉ ＝Ｐ _２ ／Ｐ _１ ＝（Ｖ _１ ／Ｖ _２ ） ^ｎ （２）
ここで、
Ｐ _１ ：吸込圧力
Ｐ _２ ：ロータ溝内最終圧力
ｎ：断熱指数

従って、最適な吐出口の大きさは、吐出圧力Ｐｄに対して、Ｐｄ＝Ｐ _２となる様に決めると、最高効率を得ることができる。 この様に、スクリュ圧縮機の運転条件に応じて、吐出口の形状が決定されるのが望ましいのであるが、従来では、ケーシングの製作工数低減を図ることに重きが置かれ、運転条件が多少変わっても吐出口の大きさを変えることがなかった。

しかしながら、昨今、圧縮機の性能効率向上の要求が増大しているなかで、固定された吐出口を有する圧縮機を提供するのみでは、上述の要求に応じることができないため、製作工数低減を図りつつも、運転条件に応じて、吐出ポートの形状を容易に変えられる圧縮機が求められるようになってきた。

例えば、油田よりガスを汲み出す圧縮機の用途においては、中・長期間に亘って埋蔵ガスを汲み出すことに伴い、埋蔵ガス量の低下、ひいては汲み出すガス圧の低下が生じ、初期の設計条件から運転条件が大幅にずれることがある。 初期の設計条件と運転条件のずれによって、最適な吐出口形状が確保できないことから、動力ロスを引き起こし、効率が悪化する不具合が発生し得る。 また、駆動源の動力不足によって圧縮機ユニット全体を再製作する必要に迫られる場合もある。 上述の様な不具合に対処するためにも、吐出口の形状を簡易に変えられる圧縮機が求められつつある。

その様な技術的背景の下で、従来例に係るスクリュ圧縮機において、添付図６に示す如く、半径方向吐出ポート１９ａを薄肉鋳造で形成させ、低圧力比及び高速回転で使用するときは薄肉部を切除可能に構成したものが提案されている。 これによって、吐出ポート１９ａの大きさを容易に最適化できるので、一つの鋳物ケーシングで広い運転条件下で高効率を得ることができるとされている（特許文献１参照）。

しかしながら、この従来例に係るスクリュ圧縮機の吐出ポートは、この従来例より前の従来技術よりは製作工数の低減が図られてはいるが、鋳造時に形成された吐出ポートの薄肉部（肉厚ｈ ₂ ）を、運転条件に応じて、切除するという製作工程にはまだまだ多大な加工上・製作上の負荷がかかっており、製作工数低減を図りつつも、運転条件に応じて、吐出ポートの大きさを簡易に変えられる圧縮機という要求には十分応じ切れていない。

特開平７−２０８３６２号公報

従って、本発明の目的は、製作工数の低減を図りつつも、運転条件が変化しても吐出口の大きさを簡便に変更可能なスクリュ圧縮機を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るスクリュ圧縮機が採用した手段は、互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータを有するスクリュ圧縮機において、前記スクリュロータを収納するケーシングが、少なくとも吐出口を含む吐出口近傍部位とこの吐出口近傍部位以外のその他の部位とに分割されると共に、前記吐出口近傍部位は、前記その他の部位に着脱可能に嵌合するように構成され、当該吐出口近傍部位の大きさは、吐出口が形成される可能性がある、最大奥行き、最大幅及び最大高さを含むことを特徴とするものである。

本発明の請求項２に係るスクリュ圧縮機が採用した手段は、請求項１に記載のスクリュ圧縮機において、前記ケーシングが、ロータ軸に直交する分割面によって、スクリュロータ周囲のロータケーシングと吐出口側の吐出ケーシングと吸込口側の吸込ケーシングとに３分割される一方、前記吐出口近傍部位が前記ロータケーシングを分割して形成されると共に、分割された前記ロータケーシングの吐出口側の分割面から着脱可能に構成されてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項３に係るスクリュ圧縮機が採用した手段は、請求項１に記載のスクリュ圧縮機において、前記ケーシングが、ロータ軸に直交する分割面によって、スクリュロータ周囲のロータケーシングと吐出口側の吐出ケーシングと吸込口側の吸込ケーシングとに３分割される一方、前記吐出口近傍部位が前記ロータケーシングを分割して形成されると共に、前記吐出口近傍部位のロータ軸方向の長さを、分割された前記ロータケーシングのロータ軸方向の長さと略同一として、前記吐出口近傍部位が、分割された前記ロータケーシングの吸込口側あるいは吐出口側の何れの分割面からも着脱可能に構成されてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項４に係るスクリュ圧縮機が採用した手段は、請求項１に記載のスクリュ圧縮機において、前記ケーシングが、ロータ軸に直交する分割面によって、吸込口側の吸込ケーシングと吐出口側及びスクリュロータ周囲の吐出・ロータケーシングとに２分割される一方、前記吐出口近傍部位が前記吐出・ロータケーシングを分割して形成されると共に、前記吐出口近傍部位のロータ軸方向の長さをロータ長の長さと略同一として、前記吐出口近傍部位が、分割された前記吐出・ロータケーシングの前記吸込口側の分割面から着脱可能に構成されてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係るスクリュ圧縮機によれば、互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータを有するスクリュ圧縮機において、前記スクリュロータを収納するケーシングが、少なくとも吐出口を含む吐出口近傍部位とこの吐出口近傍部位以外のその他の部位とに分割されると共に、前記吐出口近傍部位は、前記その他の部位に着脱可能に嵌合するように構成され、当該吐出口近傍部位の大きさは、吐出口が形成される可能性がある、最大奥行き、最大幅及び最大高さを含んでなる。

そのため、中・長期間の運転において、吸込圧力や吐出圧力等の運転条件が変更した場合でも、運転条件に合わせて前記吐出口近傍部位の取替えが可能なため、動力の極小化と省エネ対応が可能である。 また、従来の様にケーシング全体を製作する必要がなく、製作にかかる時間が短縮されると共に、コストも削減できる。

また、本発明の請求項２に係るスクリュ圧縮機によれば、前記ケーシングが、ロータ軸に直交する分割面によって、スクリュロータ周囲のロータケーシングと吐出口側の吐出ケーシングと吸込口側の吸込ケーシングとに３分割される一方、前記吐出口近傍部位が前記ロータケーシングを分割して形成されると共に、分割された前記ロータケーシングの吐出口側の分割面から着脱可能に構成されてなるので、運転条件に合わせた前記吐出口近傍部位の作成が具体化可能となった。

更に、本発明の請求項３に係るスクリュ圧縮機によれば、前記ケーシングが、ロータ軸に直交する分割面によって、スクリュロータ周囲のロータケーシングと吐出口側の吐出ケーシングと吸込口側の吸込ケーシングとに３分割される一方、前記吐出口近傍部位が前記ロータケーシングを分割して形成されると共に、前記吐出口近傍部位のロータ軸方向の長さを、分割された前記ロータケーシングのロータ軸方向の長さと略同一として、前記吐出口近傍部位が、分割された前記ロータケーシングの吸込口側あるいは吐出口側の何れの分割面からも着脱可能に構成されてなる。

そのため、圧縮比や仕様によって前記吐出口近傍部位の長さと分割された前記ロータケーシングの嵌合長さを変更する必要がなくなり、前記ロータケーシングの嵌合部の加工を統一でき、製作にかかる時間を短縮できる。

また更に、本発明の請求項４に係るスクリュ圧縮機によれば、前記ケーシングが、ロータ軸に直交する分割面によって、吸込口側の吸込ケーシングと吐出口側及びスクリュロータ周囲の吐出・ロータケーシングとに２分割される一方、前記吐出口近傍部位が前記吐出・ロータケーシングを分割して形成されると共に、前記吐出口近傍部位のロータ軸方向の長さをロータ長の長さと略同一として、前記吐出口近傍部位が、分割された前記吐出・ロータケーシングの前記吸込口側の分割面から着脱可能に構成されてなる。

その結果、部品点数が減る上、圧縮比や仕様によって前記吐出口近傍部位の長さと分割された前記ロータケーシングの嵌合長さを変更する必要がなくなる。 そのため、前記ロータケーシングの嵌合部の加工を統一でき、製作にかかる時間を短縮できる。

先ず、本発明の実施の形態１に係るスクリュ圧縮機について、以下図１〜３を参照しながら説明する。 図１は、本発明の実施の形態１に係るスクリュ圧縮機のケーシング構成を示し、図２の矢視Ｃ−Ｃに該当するスクリュロータのない平断面図、図２は図１の矢視Ａ−Ａを示す側断面図、図３は図１の矢視Ｂ−Ｂを示す拡大断面図である。

本発明の実施の形態１に係るスクリュ圧縮機は、図２に示す如く雌雄一対のスクリュロータ７ａ，７ｂが噛み合って、ロータケーシング２の内部に形成されたロータ室８に回転可能に収容されている。 そして、前記雌雄一対のスクリュロータ７ａ，７ｂのうちの一方、雄ロータ７ａのみが、図示しない駆動モータの駆動軸に接続されている。

雌ロータ７ｂは前記雄ロータ７ａに従動して回転し、これら雄ロータ７ａと雌ロータ７ｂとの隙間に圧縮空間を形成し、前記駆動モータによって、スクリュロータ７ａ，７ｂを、図２の矢印Ｒに示す回転方向に回転させることによって、図示しない吸込流路から供給される気体を、圧縮機のスクリュロータ７ａ，７ｂの吸込口３ａから吸い込み、圧縮して前記スクリュロータ７ａ，７ｂの吐出口６ａから高圧流体として図示しない吐出流路に吐出する。

本発明の実施の形態１に係るスクリュ圧縮機は、このスクリュ圧縮機のケーシング１が前記ロータケーシング２の外に、前記吸込口３ａ側の吸込ケーシング３と吐出口６ａ側の吐出ケーシング４とに３分割されている。 前記吸込ケーシング３とロータケーシング２とを分割する吸込口３ａ側の分割面９ａは、図１のロータ室８におけるロータ右端面に対する対面（ロータ室８への吸込口３ａ形成面）を含み、前記吐出ケーシング４とロータケーシング２とを分割する吐出口６ａ側の分割面９ｂは、同図ロータ室８におけるロータ左端面に対する対面（ロータ室８への吐出口６ａ形成面）を含んで夫々形成されている。

更に、少なくとも前記吐出口６ａを含む吐出口近傍部位６が、前記ロータケーシング２の一部を分割して形成されると共に、分割された残りの前記ロータケーシング２ａの吐出口６ａ側の分割面９ｂ側から着脱可能に構成されている。 そして、前記吸込ケーシング３と吐出ケーシング４と分割された残りのロータケーシング２ａとによりその他の部位が構成される。

前記吐出口近傍部位６の大きさは、吐出口６ａが形成される可能性がある最大奥行き以上の長さＬと、吐出口６ａが形成される可能性がある最大の幅や高さ以上の幅Ｗと高さＨを有するものであれば良い。 また、前記吐出口近傍部位６は、一体化物の前記ロータケーシング２の一部から切り出して形成する必要はなく、事前にこの吐出口近傍部位６と分割された残りのロータケーシング２ａとを別々に形成することもできる。

この様な構成をなすことによって、吸込圧力や吐出圧力等の運転条件の変更に合わせて吐出口６ａを最適化した前記吐出口近傍部位６を作製し、その他の部位のうちのロータケーシング２ａに着脱可能に構成される。 その結果、中・長期間の運転において、運転条件に合わせて前記吐出口近傍部位６の取替えが可能なため、動力の極小化と省エネ対応が可能である。 また、従来の様にケーシング全体を製作する必要がなく、製作にかかる時間が短縮されると共に、コストも削減できる。

次に、本発明の実施の形態２に係るスクリュ圧縮機を、図４を用いて以下に説明する。 図４は本発明の実施の形態２に係り、図１と同様の矢視に該当するスクリュロータのない平断面図である。 尚、本発明の実施の形態２が上記実施の形態１と相違するところは、吐出口近傍部位の構成に相違があり、その他は全く同構成であるから、吐出口近傍部位の構成についての説明に止めるものとする。

即ち、本発明の形態１においては、前記吐出口近傍部位６は、ロータケーシング２の分割面９ｂからロータ軸方向に、分割されたロータケーシング２ａの長さより短い所定の長さＬを有する部位として構成されていた。

それに対し、本発明の形態２においては、吐出口近傍部位６は、ロータ軸方向の長さＬを、前記ロータケーシング２の分割面９ｂから分割面８ａまで貫通させた嵌合部位として構成されている。 そして、前記吐出口近傍部位６は、分割された前記ロータケーシング２の吸込口３ａ側の分割面９ａあるいは吐出口６ａ側の分割面９ｂ何れからも着脱可能に構成されている。

本発明の実施の形態２に係るこの様なスクリュ圧縮機は、圧縮比や仕様によって、前記吐出口近傍部位６の長さＬを変更する必要がなくなるため、ロータケーシング２における吐出口近傍部位６の加工を統一でき、製作に要する所要時間を短縮できる。 また、前記吐出口近傍部位６を、前記ロータケーシング２の吸込口３ａ側、あるいは吐出口６ａ側の何れからも着脱可能であるため、ケーシング１の周辺の機器、配管等の構成に応じて適宜着脱の方法や方向を選択することができる。

次に、本発明の実施の形態３に係るスクリュ圧縮機を、図５を用いて以下に説明する。 図５は本発明の実施の形態３に係り、図１と同様の矢視に該当するスクリュロータのない平断面図である。 尚、本発明の実施の形態３が上記実施の形態１と相違するところは、ケーシングの分割構成と吐出口近傍部位の構成に相違があり、その他は全く同構成であるから、ケーシングの分割構成と吐出口近傍部位の構成についての説明に止めるものとする。

即ち、本発明の形態１においては、ケーシング１は、ロータ軸に直交する分割面９ａ及び９ｂによって、吸込口３ａ側の吸込ケーシング３とロータケーシング２と吐出口５ａ側の吐出ケーシング４とに３分割されると共に、吐出口近傍部位６は、ロータケーシング２の分割面９ｂからロータ軸方向に、分割されたロータケーシング２ａの長さより短い所定の長さＬを有する部位として構成されていた。

これに対し、本発明の形態３においては、ケーシング１は、ロータ軸に直交する分割面９ａによって、吸込口３ａ側の吸込ケーシング３と吐出口６ａ側とスクリュロータ周囲の吐出・ロータケーシング５とに２分割される一方、前記吐出口近傍部位６が前記吐出・ロータケーシング５を分割して形成されると共に、前記吐出口近傍部位６は、ロータ軸方向の長さＬをロータ長と同一に構成されている。 そして、前記吐出口近傍部位６が、分割された吐出・ロータケーシング５ａの吸込口３ａ側の分割面９ａから着脱可能に構成されている。

本発明の実施の形態３に係るこの様なスクリュ圧縮機は、上記実施の形態２に比べ部品点数が減る上、圧縮比や仕様によって前記吐出口近傍部位６の長さＬと分割された吐出・ロータケーシング５ａの嵌合長さを変更する必要がなくなる。 そのため、前記吐出口近傍部位６と分割されたロータケーシング５ａの嵌合部の加工を統一でき、製作にかかる時間を短縮できる。

尚、特に従来の多くの無給油式スクリュ圧縮機は、上述した様な吸込ケーシングと吐出・ロータケーシングとの２分割のケーシングを元々有している。 従って、従来の無給油式スクリュ圧縮機のケーシングを加工して、本発明の実施の形態３に係るスクリュ圧縮機のケーシング１（即ち、吸込ケーシング３と吐出・ロータケーシング５）に転用することができる。

以上の様に、本発明に係るスクリュ圧縮機は、前記スクリュロータを収納するケーシングが、少なくとも吐出口を含む吐出口近傍部位とこの吐出口近傍部位以外のその他の部位とに分割されると共に、前記吐出口近傍部位がその他の部位に着脱可能に構成されてなるので、中・長期間の運転において、吸込圧力や吐出圧力等の運転条件が変更した場合においても、運転条件に合わせて前記吐出口近傍部位の取替えが可能なため、動力の極小化と省エネ対応が可能である。 また、従来の様にケーシング全体を製作する必要がなく、製作にかかる時間が短縮されると共に、コストも削減できる。

本発明の実施の形態１に係るスクリュ圧縮機のケーシング構成を示し、図２の矢視Ｃ−Ｃに該当するスクリュロータのない平断面図である。

図１の矢視Ａ−Ａを示す側断面図である。

図１の矢視Ｂ−Ｂを示す拡大断面図である。

本発明の実施の形態２に係り、図１と同様の矢視に該当するスクリュロータのない平断面図である。

本発明の実施の形態３に係り、図１と同様の矢視に該当するスクリュロータのない平断面図である。

従来例に係るスクリュ圧縮機の吐出ポートの説明図である。

符号の説明

Ｈ：吐出口近傍部位の高さ， Ｌ：吐出口近傍部位の長さ，
Ｗ：吐出口近傍部位の幅，
Ｒ：ロータ回転方向，
１：ケーシング， ２：ロータケーシング， ２ａ：分割されたロータケーシング，
３：吸込ケーシング， ３ａ：吸込口，
４：吐出ケーシング，
５：吐出・ロータケーシング， ５ａ：分割された吐出・ロータケーシング，
６：吐出口近傍部位， ６ａ：吐出口，
７ａ：雄ロータ， ７ｂ：雌ロータ，
８：ロータ室，
９ａ：（吸込口側の）分割面， ９ｂ：（吐出口側の）分割面