压缩机
阅读：587发布：2020-05-12
专利汇可以提供压缩机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供一种 压缩机 ，为了应对压缩机的平衡 活塞 部的高速化和实现压缩机的长寿命化，在本 发明 的 螺杆压缩机 中包括具有 转子 轴的螺杆转子、径向 轴承 、推 力 板、作为 滑动轴承 的平衡机构、供给 润滑油 的润滑油供给流路、以及 工作 流体 供给流路，该工作流体供给流路以向推力板作用逆推力 载荷 的方式供给用于向推力板侧按压平衡机构的工作流体。，下面是压缩机专利的具体信息内容。
1. 一种压缩机，其特征在于，该压缩机包括：
螺杆转子，具有作为螺杆的转子主体、和从上述转子主体的两侧延伸的转子轴；
径向轴承，位于上述转子主体的两侧，承受上述转子轴的径向载荷；
推力轴承，位于上述转子轴的一个轴部；
推力板，固定于上述转子轴的另一轴部的端部；以及
平衡机构，减小作用于上述推力轴承的推力载荷，
上述平衡机构包括：
滑动轴承，经由与上述推力板之间的润滑剂来按压上述推力板；以及平衡活塞部，利用工作流体的压力朝向上述推力板按压上述滑动轴承。
2. 根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，
上述压缩机还包括控制部，该控制部通过根据推力载荷的大小调节上述工作流体的压力，来控制上述平衡活塞部按压上述滑动轴承的力。
3. 根据权利要求2所述的压缩机，其特征在于，
上述压缩机还包括润滑剂供给流路，该润滑剂供给流路将上述润滑剂供给到上述推力板与上述滑动轴承之间，
上述控制部根据推力载荷的大小来控制上述润滑剂供给流路中的润滑剂的流量或压力。
4. 根据权利要求3所述的压缩机，其特征在于，
上述控制部至少在起动时降低上述工作流体的压力、以及上述润滑剂供给流路的润滑剂的流量或压力。
5. 根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，
上述滑动轴承具有与上述推力板对置的衬垫，
上述衬垫构成为能够跟随上述推力板而倾斜。
6. 根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，
上述径向轴承是滑动轴承。
7. 根据权利要求2所述的压缩机，其特征在于，
上述压缩机还包括：
排出压力传感器，测量上述压缩机的排出压力；以及
吸入压力传感器，测量上述压缩机的吸入压力，
上述控制部将上述排出压力传感器的测量值与上述吸入压力传感器的测量值的差用作与上述推力载荷的大小对应的值。
压缩机
技术领域
[0001] 本发明涉及压缩机。
背景技术
[0002] 以往已知包括一对螺杆转子的螺杆压缩机。例如，在日本实公昭62-18390号公报中公开了包括以下部分的压缩机：具有转子轴的一对螺杆转子、承载转子轴的滚动轴承、支承滚动轴承的活塞、以及为了向滚动轴承侧按压活塞而供给工作流体的工作流体供给流路。上述滚动轴承在转子轴的轴向上与活塞接触。也就是说，滚动轴承除了受到作用于转子轴的径向的载荷（径向载荷）之外，还受到作用于转子轴的轴向的载荷（推力载荷）。上述活塞具有将收纳转子轴和滚动轴承的转子室与被供给上述工作流体的缸室分隔开的形状。上述工作流体按压活塞，以使与作用于滚动轴承的推力载荷相反方向的逆推力载荷经由滚动轴承向转子轴作用。
[0003] 然而，在具有平衡活塞结构的情况下，伴随转速的增加，配置于油池内的活塞对油的搅拌量增大，机械损失增大。另外，如上述现有文献所示，在利用滚动轴承支承转子轴的结构中，难以使压缩机寿命长。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于应对压缩机的平衡活塞部的高速化和实现压缩机的长寿命化。
[0005] 作为用于解决上述课题的手段，本发明是压缩机，包括：螺杆转子，具有作为螺杆的转子主体、和从上述转子主体的两侧延伸的转子轴；径向轴承，位于上述转子主体的两侧，承受上述转子轴的径向载荷；推力轴承，位于上述转子轴的一个轴部；推力板，固定于上述转子轴的另一轴部的端部；以及平衡机构，减小作用于上述推力轴承的推力载荷，上述平衡机构包括：滑动轴承，经由与上述推力板之间的润滑剂来按压上述推力板；以及平衡活塞部，利用工作流体的压力朝向上述推力板按压上述滑动轴承。
[0006] 在本发明中，由于推力板不直接地被工作流体支承，因此能够减少由于搅拌工作流体造成的动力损失，能够应对压缩机的平衡活塞部的高速化。另外，由于推力板由滑动轴承支承，因此与滚动轴承相比，能够实现压缩机的长寿命化。
[0007] 在该情况下，优选上述压缩机还包括控制部，该控制部通过根据推力载荷的大小调节上述工作流体的压力，来控制上述平衡活塞部按压上述滑动轴承的力。
[0008] 在该方式中，能够在防止推力轴承的过度负载的同时，削减基于平衡机构的不需要的按压力。
[0009] 进而在该情况下，优选上述压缩机还包括润滑剂供给流路，该润滑剂供给流路将上述润滑剂供给到上述推力板与上述滑动轴承之间，上述控制部根据推力载荷的大小来控制上述润滑剂供给流路中的润滑剂的流量或压力。
[0010] 在该方式中，在不需要平衡机构对推力板的按压力时，能够减少给滑动轴承的润滑剂量，能够抑制由于推力板造成的搅拌损失。
[0011] 具体来说，优选上述控制部至少在起动时降低上述工作流体的压力、以及上述润滑剂供给流路的润滑剂的流量或压力。
[0012] 在该方式中，能够更适当地控制平衡机构。
[0013] 在本发明中，优选上述滑动轴承具有与上述推力板对置的衬垫，上述衬垫构成为能够跟随上述推力板而倾斜。
[0014] 在该方式中，即使在推力板倾斜了的情况下，由于滑动轴承的衬垫跟随其倾斜，因此也抑制了推力板只与滑动轴承的衬垫的一部分接触的所谓的接触不均。因此，进一步抑制了滑动轴承的寿命降低。
[0015] 另外，在本发明中，优选上述径向轴承是滑动轴承。
[0016] 在该方式中，能够抑制径向轴承的大小，并且能够使径向轴承寿命长。
[0017] 另外，在本发明中，上述压缩机还包括：排出压力传感器，测量上述压缩机的排出压力；以及吸入压力传感器，测量上述压缩机的吸入压力，上述控制部可以将上述排出压力传感器的测量值与上述吸入压力传感器的测量值的差用作与上述推力载荷的大小对应的值。
[0019] 图1是表示本发明的一实施方式的压缩机的构成的概略图。
[0020] 图2是图1所示的压缩机的平衡机构的附近的放大图。
[0021] 图3推力轴承的俯视图。
[0022] 图4是用于说明推力轴承的机构的展开图。
[0023] 图5是用于说明推力轴承的机构的展开图。
[0024] 图6是表示作用于压缩机的力的图。
[0025] 图7是表示控制部的动作内容的概略的流程图。
[0026] 图8是表示图1所示的压缩机的比较例的图。
具体实施方式
[0027] 一边参照图1-图7，一边对本发明的一实施方式的螺杆压缩机进行说明。
[0028] 如图1和图2所示，本实施方式的螺杆压缩机包括壳体10、收纳在壳体10中的一对螺杆转子20、平衡机构70、与壳体10连接的工作流体供给流路84、图2所示的与壳体10连接的润滑油供给流路82、以及控制部80。另外，在图1中省略了润滑油供给流路82和控制部80的图示。
[0029] 如图1和图2所示，壳体10具有能够收纳一对螺杆转子20的空间。在壳体10内设置有形成于一对螺杆转子20之间的压缩空间10a、齿轮室12a、以及收纳工作流体的流体收纳室12b。另外，流体收纳室12b是平衡机构70的一部分。壳体10具有用于将流体吸入到压缩空间10a内的吸入口11、和用于将流体从压缩空间10a排出的排出口（省略图示）。
[0030] 在本螺杆压缩机中，在与向上述压缩空间开口的上述排出口相连的排出管线上设置有压力传感器P1（在图1中省略图示），控制部80能够读取该压力传感器的检测值（排出压力）。另外，在与向上述压缩空间开口的上述吸入口11相连的吸入管线上设置有压力传感器P2（在图1中省略图示），控制部80能够读取该压力传感器的检测值（吸入压力）。
[0031] 在润滑油供给流路82上设置有第一阀82a，在工作流体供给流路84上设置有第二阀84a。在本实施方式中，控制部80通过根据吸入压力与排出压力之间的压差来调节第一阀82a，从而控制润滑油供给流路82的润滑油的流量（或压力）。同样地，控制部80通过根据吸入压力与排出压力之间的压差来调节设置于工作流体供给流路84的第二阀84a，从而控制流体收纳室12b内的工作流体的压力。在本螺杆压缩机的驱动状态下，排出压力与吸入压力的压差成为主要原因之一，作用于阳转子轴25的径向的载荷（径向载荷）以及轴向的载荷（推力载荷）发生变化。
[0032] 图1所示的一对螺杆转子20包括阴转子22和阳转子24。阳转子24一边与阴转子22啮合，一边向与阴转子22的旋转方向相反的方向旋转。各转子22、24对从吸入口11吸入到上述压缩空间10a内的流体进行压缩并从排出口排出。
[0033] 阳转子24具有作为螺杆的转子主体24a、阳转子轴25以及同步齿轮24d。阳转子轴25从转子主体24a的两侧延伸。以下将阳转子轴25的图1中的右侧部位称为“第一轴部24b”，将左侧部位称为“第二轴部24c”。第一轴部24b与省略图示的马达连接。同步齿轮24d固定于第二轴部24c。在第二轴部24c的端部固定推力板46。推力板46是具有平坦的板面46a的圆盘状。在本实施方式中，推力板46以其板面46a与第二轴部24c正交的姿势固定于该第二轴部24c，与阳转子轴25一起旋转。阴转子22除了没有设置推力板46这一点之外是与阳转子24相同的构成，包括作为螺杆的转子主体、转子轴以及固定于阴转子轴的同步齿轮22d。在本螺杆压缩机中，阳转子24的同步齿轮24d、阴转子22的同步齿轮22d以及推力板46收纳于齿轮室12a中。
[0034] 在第一轴部24b和第二轴部24c配置有作为滑动轴承的径向轴承42a、44。在以阳转子轴25为中心的径向（以下简称为“径向”）上通过径向轴承42a、44来支承阳转子24。另外，在第一轴部24b上配置有作为滑动轴承的推力轴承42b。在阳转子轴25的轴向（以下简称为“轴向”）上通过推力轴承42b来支承阳转子24。
[0035] 如图1和图2所示，平衡机构70包括活塞60（也有时称为“活塞体”）、作为斜垫式的滑动轴承的推力轴承50、以及流体收纳室12b。推力轴承50和推力板46沿轴向对置。
[0036] 如图2所示，流体收纳室12b具有用于供给工作流体的供给口12c、和用于从流体收纳室12b排出工作流体的排出口12d。流体收纳室12b收纳从工作流体供给流路84通过供给口12c供给的工作流体。在本实施方式中，作为工作流体使用油。
[0037] 活塞60具有分隔齿轮室12a与流体收纳室12b的形状的分隔部62、和环状部64。
[0038] 在径向上，分隔部62具有在其整周上与壳体10的内周面对置的对置面。在分隔部62中的推力板46侧的面形成有朝向流体收纳室12b凹陷的圆环状的凹部62a。
[0039] 环状部64具有从分隔部62的周缘部关于上述轴向朝向推力板46侧延伸的形状。环状部64具有其外周面与壳体10的内周面在整周上对置的形状。在环状部64的外周面，在整周上形成有环状的槽部64a。由此，在壳体10与槽部64a之间形成环状的空间。从润滑油供给流路82将润滑油通过形成于壳体10的用双点划线表示的内部流路输送到该环状的空间，并从该空间向推力轴承50供给润滑油。
[0040] 在本实施方式中，在分隔部62的外周面与环状部64的外周面这两个部位，更具体来说，关于转子轴的轴向在上述环状的空间（槽部64a）的两侧的两个部位安装有O形环66。由此来防止供给到流体收纳室12b的工作流体向齿轮室12a漏出。
[0041] 推力轴承50配置于活塞60的环状部64的内侧。利用供给到流体收纳室12b内的工作流体，活塞60朝向推力板46按压推力轴承50。这样，在平衡机构70中，由流体收纳室12b和活塞60形成朝向推力板46按压推力轴承50的平衡活塞部。推力轴承50经由油膜在轴向上与推力板46抵接，一边能够旋转地支承推力板46，一边将推力板46从螺杆压缩机的吸入口侧向排出口侧按压。
[0042] 在螺杆压缩机中，通过设置平衡机构70，能够减小作用于图1所示的推力轴承42b的朝向推力板46的即从排出口侧朝向吸入口侧的推力载荷。
[0043] 图3是推力轴承50的俯视图。推力轴承50包括基体部54和配置于基体部54上的多个衬垫52。在相邻的衬垫52之间形成有供给润滑油的喷嘴部544。喷嘴部544经由图2中双点划线所示的推力轴承50的内部流路、槽部64a以及壳体10内的双点划线所示的内部流路与润滑油供给流路82相连。通过从喷嘴部544供给润滑油，来在衬垫52与推力板46之间形成润滑油的油膜。
[0044] 图4是示意性地表示推力轴承50的内部结构的展开图的一部分。基体部54包括基体环541、配置于基体环541上的多个下部部件543、以及多个上部部件542。在以下的说明中，将作为图4的下侧的基体环541侧简称为下侧，将作为图4的上侧的衬垫52侧简称为上侧。其中，上侧和下侧这一表述不需要与重力方向的上侧和下侧一致。
[0045] 多个下部部件543和多个上部部件542沿周向即图4中的左右方向交替地配置。在上部部件542上配置衬垫52。下部部件543的周向上的两端部分别配置于相邻的上部部件542的同一方向的端部的下侧。
[0046] 然而，在螺杆压缩机中，有时由推力板46对推力轴承50产生在周向偏心的载荷。图5是示意性地表示产生了偏载荷的状态的推力轴承50的展开图。在以下的说明中，将图
5中的中央的衬垫52和中央的上部部件542分别称为“衬垫52a”和“上部部件542a”。在图5中，用双点划线来表示衬垫52a的轴向的位置。在最大的力作用于衬垫52a的情况下，衬垫52a和位于衬垫52a的下侧的上部部件542a向下方大幅度下沉。上部部件542a的周向两侧的下部部件543以下部部件543与基体环541的接点为中心倾倒，使上部部件542a侧的部位朝向下方。通过该下部部件543，使位于上部部件542a的两侧的其他上部部件542受到朝向上方的力。其结果为，位于衬垫52a周向的两侧的衬垫52位于比衬垫52a略微靠上方的位置。
5中的中央的衬垫52和中央的上部部件542分别称为“衬垫52a”和“上部部件542a”。在图5中，用双点划线来表示衬垫52a的轴向的位置。在最大的力作用于衬垫52a的情况下，衬垫52a和位于衬垫52a的下侧的上部部件542a向下方大幅度下沉。上部部件542a的周向两侧的下部部件543以下部部件543与基体环541的接点为中心倾倒，使上部部件542a侧的部位朝向下方。通过该下部部件543，使位于上部部件542a的两侧的其他上部部件542受到朝向上方的力。其结果为，位于衬垫52a周向的两侧的衬垫52位于比衬垫52a略微靠上方的位置。
[0047] 这样，在推力轴承50中，通过上部部件542和下部部件543倾倒，而将朝向上方的力作用于承受最大载荷的衬垫52a以外的其他衬垫52，调节各衬垫52的轴向的位置使得跟随推力板46的倾斜。推力轴承50是能够调节衬垫52的轴向的位置的所谓的自动调平式，由此抑制了推力板46只与衬垫52的一部分接触的接触不均。其结果为，防止了推力轴承50的损伤。
[0048] 接下来，一边参照图6和图7，一边对包含控制部80的动作内容的本螺杆压缩机的驱动动作进行说明。另外，图6还表示在驱动时作用于螺杆压缩机的力。力F1是螺杆压缩机的稳态运转时的推力载荷，更严密来说是当假定为在流体收纳室12b内不产生工作流体的压力时作用于推力轴承42b的推力载荷。力F2是平衡机构70按压推力板46的力。
[0049] 当起动螺杆压缩机时（步骤ST10），图1所示的一对螺杆转子20旋转，从吸入口11吸入的流体在压缩空间10a中被压缩，并开始从排出口排出。在起动时，作为产生推力载荷的主要原因的吸入口11与排出口之间的压差足够小，施加到阳转子轴25的推力载荷小。由于压差比预先设定的阈值小（步骤ST11），因此利用控制部80来减小第一阀82a和第二阀84a的开度（步骤ST12）。在流体收纳室12b中由第二阀84a来限制工作流体的供给，基本上不会产生工作流体的压力。其结果为，基本上不产生力F2（参照图2），通过推力轴承50与推力板46之间的油膜压力来确保间隙。另外，也可以使第二阀84a为全闭。由此，能够减少由于推力板46与推力轴承50强力接触而造成的推力轴承50中的动力损失。进而，由于第一阀82a的开度小，因此抑制了从润滑油供给流路82向推力轴承50过剩地供给润滑油，防止了推力板46搅拌润滑油。其结果为，能够进一步减少推力轴承50中的动力损失。
[0050] 当螺杆压缩机转移到稳态运转且压差超过预定阈值时（步骤ST11），利用控制部80来增大第一阀82a和第二阀84a的开度（步骤ST13），从润滑油供给流路82向推力轴承
50的润滑油的供给量、以及从工作流体供给流路84向流体收纳室12b的工作流体的供给量增大。在流体收纳室12b中，工作流体的压力上升，图6所示的平衡机构70按压推力板46，由此，作用于推力轴承42b的推力载荷成为从力F1减去力F2而得的值（F1-F2）。由此，防止了对推力轴承42b的过度负载。另外，由于对推力轴承50充分地供给润滑油，因此能够确保推力轴承50与推力板46之间的油膜。之后，在螺杆压缩机中，也根据压差的大小进行第一阀82a和第二阀84a的开度的调节。
50的润滑油的供给量、以及从工作流体供给流路84向流体收纳室12b的工作流体的供给量增大。在流体收纳室12b中，工作流体的压力上升，图6所示的平衡机构70按压推力板46，由此，作用于推力轴承42b的推力载荷成为从力F1减去力F2而得的值（F1-F2）。由此，防止了对推力轴承42b的过度负载。另外，由于对推力轴承50充分地供给润滑油，因此能够确保推力轴承50与推力板46之间的油膜。之后，在螺杆压缩机中，也根据压差的大小进行第一阀82a和第二阀84a的开度的调节。
[0051] 以上，对本发明的一实施方式的螺杆压缩机进行了说明，但是在图8所示的比较例的螺杆压缩机中，由于推力板46直接配置于流体收纳室12b内，因此伴随着推力板46的旋转而搅拌流体收纳室12b内的工作流体。因此，特别是在高速旋转时，作用于推力板46的工作流体的阻力增大，动力的损失增大。与此相对，在本实施方式的螺杆压缩机中，由于经由活塞60按压推力板46，因此能够减少由于搅拌工作流体而造成的动力损失。其结果为，与图8的比较例相比，能够使螺杆压缩机更高速地运转。
[0052] 推力轴承50是滑动轴承，由此，与使用滚动轴承的情况相比，能够使轴承寿命长。
[0053] 在本实施方式的螺杆压缩机中，通过根据推力载荷的大小调节流体收纳室12b内的工作流体的压力，来控制平衡活塞部按压推力轴承50的力，能够在防止对推力轴承42b的过度负载的同时，削减基于平衡活塞部的不需要的按压力。另外，通过根据推力载荷的大小控制润滑油供给流路82中的润滑油的流量（或者压力），能够抑制推力板46与推力轴承50之间的润滑油的搅拌流失。
[0054] 由于径向轴承44是滑动轴承，因此与滚动轴承相比，能够避免径向轴承44径向的大型化，同时抑制该径向轴承44寿命的降低。
[0055] 在平衡机构70中，由于通过推力轴承50的直径来确定受压面积，因此在施加到推力轴承50的表面压力和推力轴承50的温度被允许的情况下，能够减小推力轴承50的大小。其结果为，能够减少部件成本和所需的润滑油的量等。
[0056] 在螺杆压缩机中，除起动时以外，例如在停止时排出侧与吸入侧之间的压差减小，因此，也可以通过减小第二阀84a的开度，来减小平衡活塞部按压推力轴承50的力。另外，还可以减小第一阀82a的开度来抑制供给到推力轴承50的润滑油的量。
[0057] 以上对本发明的实施方式进行了说明，但是应该理解为，本次公开的实施方式在所有方面均为例示性的而非限制性的。本发明的范围并非由上述的实施方式的说明表示，而是由权利要求书表示，进而包含与权利要求书等同的意义和范围内的所有变更。
[0058] 在本实施方式的螺杆压缩机中，由于推力轴承50与推力板46的接触状态与推力载荷的大小对应地变化，因此推力轴承50的温度也变化。因此，通过测量推力轴承50的温度能够推测推力载荷的大小，因此控制部80也可以根据推力轴承50的温度来进行第一阀82a的开闭。进而，还可以根据螺杆压缩机的转速和螺杆转子20向轴向的变动量，来进行第一阀82a的开闭的控制。第二阀84a的开闭控制的情况也一样。这样，还可以根据能够推测推力载荷的大小的各种指标，来进行第一阀82a和第二阀84a的开闭的控制。当然，也可以直接测量推力载荷。还可以在不同的时机进行第一阀82a和第二阀84a的开闭的控制。
另外，也可以与推力载荷对应地连续调节第一阀82a的开度。第二阀84a也一样。
另外，也可以与推力载荷对应地连续调节第一阀82a的开度。第二阀84a也一样。
[0059] 在上述实施方式中，示出了推力轴承50和活塞60分体构成的示例，但是推力轴承50和活塞60也可以由一体的部件来构成。
[0060] 在上述实施方式中，作为供给到流体收纳室12b的工作流体，也可以使用压缩空气等其他流体。在允许径向轴承44的径向宽度的情况下，作为径向轴承44也可以使用球轴承。在推力轴承50中也可以使用除润滑油以外的润滑剂。
[0061] 平衡机构70未必一定设置于螺杆压缩机的吸入侧，也可以设置于排出侧。进而，平衡机构70还可以设置于阴转子22。设置平衡机构70的方法可以应用于驱动阴转子的螺杆压缩机，也可以应用于单螺杆式的压缩机。
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