本发明涉及螺杆式压缩机。
背景技术：
广泛已知有螺杆式压缩机作为工厂等的高压空气的供给源而使用。为了有效地制造压缩空气，较多情况下螺杆式压缩机经由增速机而被驱动。这样的螺杆式压缩机具备马达、齿轮箱以及压缩机主体。来自马达的动力经由齿轮箱内的齿轮而被增速后传递至压缩机主体。借助所传递的动力，使压缩机主体内的阴阳一对螺杆转子旋转，从而对空气等流体进行压缩。
例如，在专利文献1中公开了将大致矩形的齿轮箱与压缩机主体(低压级压缩机主体以及高压级压缩机主体)连接的两级式的螺杆式压缩机。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9-126169号公报
技术实现要素：
发明要解决的课题
如专利文献1所记载的螺杆式压缩机那样向大致矩形的齿轮箱安装压缩机主体时，伴随着螺杆转子的旋转，安装部在齿轮箱的厚度方向上发生振动。通常，在该振动模式中，齿轮箱相对于压缩机主体的转速而具有高的固有振动频率，因此，压缩机主体与齿轮箱不发生谐振。但是，在因齿轮箱的质量增大以及刚性降低等原因而导致该振动模式的固有振动频率降低时，压缩机主体与齿轮箱可能发生谐振。当发生谐振时，对螺杆式压缩机的耐久性造成不良影响。
本发明的课题在于，不追加部件而能够降低螺杆式压缩机的振动。
解决方案
本发明提供一种螺杆式压缩机，其中，所述螺杆式压缩机具备：压缩机主体，其具有螺杆转子、收容所述螺杆转子的转子壳体、以及收容所述转子壳体且在端部设置有第一凸缘的主体壳体；电动机，其经由齿轮对所述螺杆转子进行驱动；大致矩形的齿轮箱，其具有用于供所述主体壳体的所述第一凸缘安装的安装面，且收纳所述齿轮，在所述齿轮箱安装有所述压缩机主体的状态下，所述第一凸缘的一部分向所述安装面外延伸出，所述转子壳体向所述安装面投影的投影区域存在于所述安装面内。
根据该结构，相对于压缩机主体的安装部在齿轮箱的厚度方向上振动的振动模式，能够使该振动模式的固有振动频率高于压缩机主体的转速，因此，不追加部件而能够抑制压缩机主体与齿轮箱的谐振以降低振动。具体而言，以使第一凸缘的一部分向安装面外延伸出的方式去除齿轮箱的前端(上侧)部分来减小齿轮箱的前端部分的质量，从而提高该振动模式的固有振动频率。但是，在第一凸缘的一部分向齿轮箱的安装面外延伸出的结构中，若为了减小齿轮箱的前端部分的质量而过度增大延伸量，则压缩机主体与齿轮箱的连接部的刚性降低而导致振动增大。因此，以使转子壳体向安装面投影的投影区域存在于安装面内的方式限制延伸量，将压缩机主体与齿轮箱的连接部的刚性维持在一定以上。尤其是在上述延伸量的范围内，第一凸缘与齿轮箱形成为一体，因此，能够获得以增加第一凸缘的厚度的方式来提高刚性的效果。因此，无需利用主体壳体单体来提高刚性。在此，投影区域表示，从与安装面(包含延长面)垂直的方向投影的区域。
优选的是，所述压缩机主体具备低压级压缩机主体、以及对由所述低压级压缩机主体压缩后的气体进一步进行压缩的高压级压缩机主体，所述低压级压缩机主体的所述主体壳体的侧壁向所述安装面投影的投影区域的一部分存在于所述安装面外。
由于低压级压缩机主体的质量比高压级压缩机主体的质量大，因此，在齿轮箱中，低压级压缩机主体的安装部的固有振动频率低于高压级压缩机主体的安装部的固有振动频率。因此，在低压级压缩机主体与高压级压缩机主体中，低压级压缩机主体发生谐振的可能性高。因此，在低压级压缩机主体的安装部中，通过减少齿轮箱的前端部分的质量来提高固有振动频率在抑制谐振以降低振动的方面是有效的。另外，通过使主体壳体的侧壁向安装面投影的投影区域的一部分存在于安装面外，能过减小齿轮箱的前端部分的质量而提高该振动模式的固有振动频率。
优选的是，所述压缩机主体以如下方式配置于所述齿轮箱：即，使所述主体壳体的强轴方向相对于所述齿轮箱的相对于振动的弱轴方向而处于-45度至+45度的范围内。
通过使主体壳体的强轴相对于齿轮箱的弱轴处于-45度至+45度的范围内重叠的方式配置，能够有效地提高主体壳体与齿轮箱的作为一体结构的刚性。在此，强轴以及弱轴被定义为与应考虑振动的齿轮箱的厚度方向正交的方向，强轴是剖面二次力矩成为最大的主轴，弱轴是剖面二次力矩成为最小的主轴。此时，强轴的方向相当于容易振动的方向，弱轴的方向相当于难以振动的方向。即，通过以相对于齿轮箱的容易振动的方向而重叠地配置主体壳体的难以振动的方向，从而能够降低一体结构的振动。
优选的是，所述齿轮箱在所述安装面内沿长边方向设置有加强肋。
通过沿齿轮箱的长边方向设置加强肋，能够有效地提高相对于该振动模式的齿轮箱的刚性。
优选的是，所述齿轮箱在所述安装面内沿长边方向设置有埋入型的油配管。
根据该结构，能够与上述的加强肋同样地将埋入型的油配管用于加强。另外，能够利用油配管，向在压缩机主体中需要的各部位供给润滑以及冷却用的油。尤其是通过采用埋入型，无需进行组装时的配管作业，也能够抑制配管的连接部位处的漏油。
优选的是，所述齿轮箱在所述安装面内的上侧的两角处连接有所述压缩机主体，且在所述安装面内的下侧的两角处还具有第二凸缘。
通过在齿轮箱的安装面设置第二凸缘，能够进一步提高相对于该振动模式的齿轮箱的刚性。
优选的是，所述齿轮箱在所述第二凸缘处与另外设置的结构体连接。
通过将齿轮箱与冷却器等结构体连接，能够进一步提高相对于该振动模式的齿轮箱的刚性。冷却器结构体的刚性通常极高，当将结构体与齿轮箱连接而形成为一体时，结构体安装部分成为振动的固定端。这就相当于缩短了从齿轮箱的根部(下侧)部分到前端(上侧)部分为止的长度，能够提高该振动模式的固有振动频率。
发明效果
根据本发明，相对于在齿轮箱的厚度方向上振动的振动模式，而能够使该振动模式的固有振动频率高于压缩机主体的转速，因此，能够抑制压缩机主体与齿轮箱的谐振，能够不追加部件而降低螺杆式压缩机的振动。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的螺杆式压缩机的俯视图。
图2是图1的螺杆式压缩机的侧视图。
图3是图2的螺杆式压缩机的剖面示意图。
图4是图1的低压级压缩机主体的主体壳体与转子壳体的立体图。
图5是图1的高压级压缩机主体的主体壳体与转子壳体的立体图。
图6是示出压缩机主体与齿轮箱的位置关系的示意图。
图7是示出现有的压缩机主体与齿轮箱的位置关系的侧视图。
图8是示出本发明的压缩机主体与齿轮箱的位置关系的侧视图。
图9是示出压缩机主体与齿轮箱的强轴及弱轴的位置关系的示意图。
图10是示出图1的齿轮箱的前板的内表面的立体图。
图11是本发明的第二实施方式的螺杆式压缩机的主视图。
图12是图11的螺杆式压缩机的侧视图。
图13是示出图11的螺杆式压缩机的变形例的主视图。
图14是图13的螺杆式压缩机的侧视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(第一实施方式)
如图1以及图2所示，本实施方式的螺杆式压缩机2具备压缩机主体4、马达(电动机)8以及齿轮箱10。齿轮箱10设置于地面，且配置在马达8与压缩机主体4之间。马达8以及压缩机主体4安装于齿轮箱10。马达8经由支承构件12而安装于地面。压缩机主体4被齿轮箱10支承。
如图3一并所示，压缩机主体4为两级式压缩机主体，具备低压级压缩机主体5和高压级压缩机主体6。低压级压缩机主体5以及高压级压缩机主体6分别具备主体壳体5a、6a。在主体壳体5a、6a的端部设置有第一凸缘5b、6b作为主体壳体5a、6a的一部分。压缩机主体4经由第一凸缘5b、6b以螺栓紧固的方式与齿轮箱10连接。
阴阳一对螺杆转子5c、5d、6c、6d以收容于转子壳体5e、6e的状态分别配置在主体壳体5a、6a内。螺杆转子5c、5d、6c、6d与贯穿各自的中心而延伸的旋转轴5f、5g、6f、6g形成为一体。旋转轴5f、5g、6f、6g被轴承5h～5k、6h～6k分别轴支承为能够旋转。旋转轴5f、5g、6f、6g的一端安装有正时齿轮51、61。经由正时齿轮51、6l，阳转子5c、6c以及阴转子5d、6d能够在不直接接触的状态下进行旋转。阴转子5d、6d的旋转轴5g、6g的另一端穿过设置于齿轮箱10的前板10a的孔部而向齿轮箱10内延伸。在阳转子5c、6c的旋转轴5f、6f的另一端安装有小齿轮10g、10h。
齿轮箱10是由前板10a、后板10b、两个侧板10c、10c、底板10d以及顶板10e封闭而成的箱体。前板10a以及后板10b呈大致矩形，即，齿轮箱10在主视观察下呈大致矩形。通过将齿轮箱10设为大致矩形，与使齿轮箱10以圆形的方式与压缩机主体4连接的情况相比，能够使齿轮箱10小型化，还能够削减成本。在齿轮箱10内收容有大齿轮10f以及小齿轮10g、10h。在齿轮箱10内，小齿轮10g、10h与安装于马达旋转轴8a的端部的大齿轮10f啮合。马达旋转轴8a穿过设置于齿轮箱10的后板10b的孔部而延伸至齿轮箱10内。马达旋转轴8a被轴支承为能够旋转。需要说明的是，在本实施方式中，前板10a的外表面成为压缩机主体4的安装面s。
如图4以及图5所示，低压级压缩机主体5以及高压级压缩机主体6具备收容转子壳体5e、6e的主体壳体5a、6a。在主体壳体5a、6a的端部设置有用于安装于齿轮箱10的第一凸缘5b、6b。第一凸缘5b、6b具有与侧壁5m、6m相同程度的厚度，且从主体壳体5a、6a的侧壁5m、6m向径向外侧延伸。低压级压缩机主体5以及高压级压缩机主体6从吸气口5n、6n向转子壳体5e、6e内吸入气体，利用螺杆转子5c、5d、6c、6d(参照图3)对气体进行压缩后从排出口5o、6o向主体壳体5a、6a外排出。低压级压缩机主体5的排出口5o以及高压级压缩机主体6的吸气口6n由未图示的配管流体性地连接。由低压级压缩机主体5吸入后被压缩的气体向高压级压缩机主体6供给，在进一步进行压缩之后将其排出。
参照图6，对压缩机主体4相对于齿轮箱10的安装配置进行说明。压缩机主体4(低压级压缩机主体5以及高压级压缩机主体6)在主视观察下安装在齿轮箱10的上侧的两角附近。在齿轮箱10上安装有压缩机主体4的状态下，第一凸缘5b、6b的一部分向上方延伸到安装面s外(斜线区域a1)。转子壳体5e、6e向安装面s投影的投影区域存在于安装面s内(斜线区域a2)。在此，投影区域表示从与安装面s(包含延长面)垂直的方向投影的区域。
压缩机主体4的振动以与螺杆转子5c、5d、6c、6d的转速相应的频率产生。在为了节能而对转速进行变频控制的情况下，当转速与负荷相应地发生了变化时，有时与齿轮箱10的固有振动频率一致地产生谐振而增大振动。在图1以及图2所示的安装配置中，在压缩机主体4的安装部处，容易激励在齿轮箱10的厚度方向上振动的振动模式。因此，需要抑制该振动模式的谐振以减轻振动。为了抑制该振动模式的谐振，使齿轮箱10的固有振动频率高于压缩机主体4的转速即可。
根据图6所示的结构，相对于在齿轮箱10的厚度方向上振动的振动模式而能够使该振动模式的固有振动频率高于压缩机主体4的转速。因此，能够不追加部件而抑制压缩机主体4与齿轮箱10的谐振从而降低振动。为了对其详细进行说明，参照图7以及图8来确认本发明与现有发明的不同。需要说明的是，在图7以及图8中省略了马达8的图示。
图7以及图8所示的两者的不同在于压缩机主体4向齿轮箱10安装的安装位置。在图7所示的现有的螺杆式压缩机2中，第一凸缘5b落入齿轮箱10的安装面s内。但是，在图8所示的本实施方式的螺杆式压缩机2中，齿轮箱10的前端部被去除(虚线斜线部)，第一凸缘5b的一部分向安装面s外延伸出。
关于图7以及图8所示的配置，若将安装有压缩机主体4的齿轮箱10以前端具有质量体的悬臂梁近似地进行考虑，则该振动模式的固有振动频率ω能够由以下的式(1)表示。
ω：固有振动频率
m：压缩机主体(质量体)的质量
m：齿轮箱(梁)的质量
e：齿轮箱(梁)的杨氏模量
l：齿轮箱(梁)的长度
i：齿轮箱(梁)的剖面二次力矩
在为悬臂梁的情况下，对刚性的贡献较大的是固定端部分，越远离固定端，则贡献越小。即，前端侧对刚性的贡献最低。与此相对地，对于质量而言，前端侧的贡献高，固定端侧的贡献低。因此，为了在不降低刚性的状态下减小质量而提高固有振动频率ω，减小对刚性的贡献小的前端侧的质量是有效的。另外，梁的长度越短越好，但在螺杆式压缩机2中，马达8以及齿轮10f～10h等驱动系统的位置大多受到制约，无法改变压缩机主体4的设置位置，因此，梁(齿轮箱10)的长度l无法较大地发生改变。因此，去除齿轮箱10的前端而将齿轮箱10的质量m从质量m1降低至质量m2是有效的。由此，能够在几乎不降低刚性的状态下有效地降低前端侧的质量。在与式(1)的对应中，能够不较大地改变杨氏模量e以及剖面二次力矩i而减小齿轮箱10的质量m，因此，能够提高固有振动频率ω。
在本实施方式的具体结构中，以使第一凸缘5b的一部分向安装面s外延伸出的方式去除齿轮箱10的前端(上侧)部分，减小齿轮箱10的前端部分的质量，提高该振动模式的固有振动频率。但是，在第一凸缘5b的一部分向齿轮箱10的安装面s外延伸出的结构中，若为了减小齿轮箱10的前端部分的质量而过度增大延伸量，则压缩机主体4与齿轮箱10的连接部的刚性降低而导致振动增大。因此，在本实施方式中，以使转子壳体5e、6e向安装面s投影的投影区域存在于安装面s内的方式来限制延伸量，将压缩机主体4与齿轮箱10的连接部的刚性维持在一定以上。尤其是在上述延伸量的范围内压缩机主体4的主体壳体5a、6a的第一凸缘5b与齿轮箱10形成为一体，因此，能够获得以增加第一凸缘6b的厚度的方式提高刚性的效果。因此，无需利用主体壳体5a、6a单体来提高刚性。
另外，如图6所示，在本实施方式中，低压级压缩机主体5的主体壳体5a的侧壁5m(参照图4)向安装面s投影的投影区域的一部分存在于安装面s外(斜线区域a3)。
低压级压缩机主体5相比高压级压缩机主体6而言质量较大，因此，在齿轮箱10中，低压级压缩机主体5的安装部的固有振动频率低于高压级压缩机主体6的安装部的固有振动频率。因此，在低压级压缩机主体5与高压级压缩机主体6中，低压级压缩机主体5发生谐振的可能性高。因此，在低压级压缩机主体5的安装部，通过减少齿轮箱10的前端部分的质量来提高固有振动频率在抑制谐振以减轻振动的方面是有效的。另外，通过使主体壳体5a的侧壁5m向安装面s投影的投影区域的一部分存在于安装面外(斜线区域a3)，能够进一步减小齿轮箱10的前端部分的质量而提高该振动模式的固有振动频率。
参照图9，针对向齿轮箱10安装压缩机主体4的角度进行说明。图9是在主视观察时维持了安装角度的状态下将压缩机主体4从齿轮箱10分解出的图。压缩机主体4优选以如下方式配置于齿轮箱10：即，相对于与齿轮箱10的振动相对的弱轴方向dw而言，使主体壳体5a、6a的强轴方向ds处于-45度至+45度的范围内。更优选的是，以如图9所示那样使主体壳体5a、6a的强轴方向ds与齿轮箱10的弱轴方向dw完全一致的位置关系进行固定。在此，强轴ds、ds以及弱轴dw、dw被定义为与应考虑振动的齿轮箱10的厚度方向正交的方向。强轴ds、ds是剖面二次力矩成为最大的主轴，弱轴dw、dw是剖面二次力矩成为最小的主轴。此时，强轴ds、ds的方向相当于容易振动的方向，弱轴dw、dw的方向相当于难以振动的方向。
通过以相对于齿轮箱10的弱轴方向dw而使主体壳体5a、6a的强轴方向ds在-45度至+45度的范围内重叠的方式配置，能够有效地提高主体壳体5a、6a与齿轮箱10的作为一体结构的刚性。即，通过相对于齿轮箱10的容易振动的方向而重叠地配置主体壳体5a、6a的难以振动的方向，从而能够减轻一体结构的振动。
参照图10，对齿轮箱10的前板10a的内表面形状进行说明。齿轮箱10的前板10a为大致矩形，在上侧的两角附近设置有用于安装低压级压缩机主体5以及高压级压缩机主体6的两个圆形的安装孔10j、10k。在齿轮箱10的内表面，在安装面s内沿着长边方向(上下方向)设置有加强肋101。加强肋101在前板10a的内表面具有凸形状，沿着上下方向从齿轮箱10的前板10a的下端延伸至安装孔10j，在左右方向上设置在安装孔10j的范围内。尤其是在齿轮箱10为矩形的情况下，长边方向的刚性相对低，在长边方向上设置加强肋101来进行加强的方案在提高刚性方面是有效的，能够有效地提高齿轮箱10相对于该振动模式的刚性。为了进一步提高刚性，加强肋101也可以将前板10a与后板10b连接。
另外，在齿轮箱10的前板10a，在安装面s内沿长边方向设置有埋入型的油配管10m。在齿轮箱10内，需要向大齿轮10f与小齿轮10g、10h的啮合部分或对螺杆转子5c、5d、6c、6d的旋转轴5f、5g、6f、6g以及马达旋转轴8a进行支承的轴承5h～5k、6h～6k供给润滑用的油。
根据该结构，与上述的加强肋10l同样地，能够将埋入型的油配管10m用于加强。另外，能够利用油配管10m来向在压缩机主体4中需要的各部位供给润滑用的油。尤其是通过采用埋入型，无需进行组装时的配管作业，也能够抑制配管的连接部位处的漏油。
(第二实施方式)
在图11以及图12所示的第二实施方式的螺杆式压缩机2中，在齿轮箱10的安装面s设置有第二凸缘10n。本实施方式除了这一点之外与图1以及图2的第一实施方式实质上相同。因此，针对与第一实施方式所示的结构同样的部分省略说明。
齿轮箱10在安装面s内在上侧的两角连接有压缩机主体4(低压级压缩机主体5以及高压级压缩机主体6)，在下侧的两角具有第二凸缘10n。第二凸缘10n在主视观察下呈矩形，为前板10a的板厚程度的厚度。第二凸缘10n在前板10a的安装面s以沿左右方向远离齿轮箱10的方式向外侧延伸。通过在齿轮箱10的安装面s设置第二凸缘10n，从而前板10a的厚度增加，能够进一步提高齿轮箱10相对于该振动模式的刚性。
参照图13以及图14对第二实施方式的变形例进行说明。在本变形例中，齿轮箱10在第二凸缘10n处与另外设置的冷却器(结构体)14连接。通过该结构，无需分别对齿轮箱10以及冷却器14进行支承，并且，能够进一步提高齿轮箱10相对于该振动模式的刚性。另外，由于冷却器14是压力容器，因此刚性高，在向齿轮箱10安装时，冷却器14的安装位置附近的刚性与除此以外的压缩机主体4的安装位置附近的刚性相比而相对高。其结果是，冷却器14的安装部分成为固定端，能够获得以缩短悬臂梁的轴长的方式提高固有振动频率的效果。
附图标记说明：
2螺杆式压缩机；
4压缩机主体；
5低压级压缩机主体；
5a主体壳体；
5b第一凸缘；
5c阳转子(螺杆转子)；
5d阴转子(螺杆转子)；
5e转子壳体；
5f、5g旋转轴；
5h、5i、5j、5k轴承；
5l正时齿轮；
5m侧壁；
5n吸气口；
5o排出口；
6高压级压缩机主体；
6a主体壳体；
6b第一凸缘；
6c阳转子(螺杆转子)；
6d阴转子(螺杆转子)；
6e转子壳体；
6f、6g旋转轴；
6h、6i、6j、6k轴承；
6l正时齿轮；
6m侧壁；
6n吸气口；
6o排出口；
8马达(电动机)；
8a马达旋转轴；
10齿轮箱；
10a前板；
10b后板；
10c侧板；
10d底板；
10e顶板；
10f大齿轮；
10g、10h小齿轮；
10j、10k安装孔；
10l加强肋；
10m油配管；
10n第二凸缘；
12支承构件；
14冷却器(结构体)。