CN104863852A - 无油式螺旋压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种可靠性高的无油式螺旋压缩机。该无油式螺旋压缩机具备对从具有能够以非接触且无油式进行旋转的一对凹凸螺旋转子(7、8)的压缩机主体(2、3)排出的压缩空气进行冷却的水冷式的冷却装置(15、19)，该冷却装置(15、19)由板式热交换器构成，并且可以调整板式热交换器用的冷却水的水量。通过这种结构，可以降低压缩机自动停止时和无载时(无负荷运转时)和负载时的温差，并且能够抑制冷却装置在短期内就发生损伤、破损，因此，能够提供一种可靠性高的无油式螺旋压缩机。

Description

无油式螺旋压缩机
(本申请是申请日为2007年4月23日，申请号为200710104469.X的同名发明专利申请的分案申请)
技术领域
本发明涉及具备冷却压缩空气的热交换器的无油式螺旋压缩机。
背景技术
具有利用定时齿轮以非接触且无油式进行旋转的一对凹凸螺旋转子，并且压缩空气的无油压缩机已为我们所熟知。无油压缩机具有压缩空气的压缩机主体，由于从压缩机主体排出的压缩空气是高温，因此设置有用于冷却该压缩空气的冷却装置。
在专利文献1(日本专利特开平3-290089号公报)中公开了一种在单段式的无油压缩机中，作为冷却压缩空气的冷却装置而配备预冷却器和后冷却器的结构。在该例子中，使外部冷却水在冷却装置中流通，从而达到冷却压缩空气的目的。
在专利文献2(日本专利特开2001-153080号公报)中公开了一种具有2组的压缩机主体的二段式压缩机。这种压缩机分别使用中间冷却器冷却来自一段侧压缩机主体的压缩空气，使用后冷却器冷却来自二段侧压缩机主体的压缩空气。冷却水被供给这些冷却装置。在专利文献3(日本专利特开2006-249934号公报)中公开了一种在二段压缩机中，使用板式热交换器冷却压缩空气的结构。
在螺旋压缩机中，压缩空气所需的动力变成热，于是压缩空气的温度上升。在使用压缩空气的温度是非常高的温度，并且是无油式螺旋压缩机(无油压缩机)的情况下，从压缩机主体排出的压缩空气的温度在使用单段式压缩机的情况下达到约300～350℃，在使用二段式压缩机的情况下也达到160～250℃。
作为冷却该高温的压缩空气的冷却装置，在水冷式的压缩机中，多采用单段式、二段式的壳管式水冷式热交换器(例如专利文献2)，在使用二段式压缩机的情况下，单独配置低压段压缩空气的冷却用的热交换器和高压段压缩空气的冷却用的热交换器。
壳管式的水冷式热交换器在其结构上难以小型化，因此，不仅无油式螺旋压缩机的冷却装置自身的小型化困难，无油式螺旋压缩机装置的大幅小型化也很困难。在专利文献1中列举了使用管式热交换器的例子，但是，这种方式的结构在小型化方面有困难，难以实现大幅的小型化。
因此，考虑使用板式热交换器。板式热交换器与壳管式热交换器相比，体积比是1/10～1/20左右，因此能够小型化。
但是，在为了冷却而从无油式螺旋压缩机的压缩机主体排出的高温的压缩空气而使用板式热交换器的情况下，由于温差引起的温度疲劳，有时在连接口、沟槽板(Channel Plate)、沟槽板间的钎焊部以及盖板上发生损伤以及破损。特别是在根据压缩机使用者的需要而进行运转的压缩机中，压缩机自动停止时以及无载时(无负荷运转时)，热交换器中仅剩下微量的压缩空气，板式热交换器中只有冷却水流通，这样容易产生温差。此时，冷却装置有时在短期内就发生损伤、破损，从而出现导致压缩机本身的可靠性下降这样的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于，通过抑制冷却装置的损伤和破损，提供一种可靠性高的无油式螺旋压缩机。
为了达到上述目的，无油式螺旋压缩机的第一方式为，具备水冷式冷却装置，该水冷式冷却装置对从具有可非接触且无供油地进行旋转的一对凹凸螺旋转子的压缩机主体排出的压缩空气进行冷却，该冷却装置由板式热交换器构成，并且形成为可调整所述板式热交换器用的冷却水的水量。
第二方式为，该压缩机具备：低压段压缩机主体，具有可非接触且无供油地进行旋转的一对凹凸螺旋转子，对被吸入的空气进行压缩；水冷式第一热交换器，对从该低压段压缩机主体排出的压缩空气进行冷却；高压段压缩机主体，对由该第一热交换器冷却的压缩空气进行压缩；和水冷式第二热交换器，对从该高压段压缩机主体排出的压缩空气进行冷却，其中，上述第一热交换器和上述第二热交换器由板式热交换器构成，形成为可调整上述板式热交换器用的冷却水的水量。
在上述本发明的方式中，更优选的具体方式如下。
(1)在压缩机自动停止时，调整冷却水的水量或者停止冷却水的流通。
(2)无负荷运转时，根据无负荷运转的时间调整冷却水的水量或者停止冷却水的流通。
(3)根据板式热交换器的入口或出口的压缩空气温度，或者上述板式热交换器出口的冷却水温度，调整冷却水的水量或者停止冷却水的流通。
(4)上述板式热交换器具有压缩空气用连接口和冷却水连接口，冷却水连接口和上述压缩空气用连接口被配备在相互相对一侧的无油式螺旋压缩机。
(5)上述板式热交换器用的冷却水在冷却低压段压缩机主体或高压段压缩机主体之后，或者在冷却两者之后，在上述板式热交换器中流通。
(6)上述板式热交换器用的冷却水在流通过润滑油热交换器之后，在板式热交换器中流通。
在上述第二方式中，优选上述板式热交换器用的冷却水在对从上述低压段压缩机主体排出的压缩空气进行冷却的板式热交换器中流通之后，在对从上述高压段压缩机主体排出的压缩空气进行冷却的板式热交换器中流通，或者，上述板式热交换器用的冷却水在对从上述高段压缩机主体排出的压缩空气进行冷却的板式热交换器中流通之后，在对从上述低压段压缩机主体排出的压缩空气进行冷却的板式热交换器中流通。
除此之外，在上述第一方式或第二方式中，在上述压缩机主体、内置用于驱动上述压缩机主体的齿轮的齿轮箱、高温压缩空气流经的配管中或者在接收这些部件的废热的位置来配置上述板式热交换器，或者上述板式热交换器与上述压缩机主体、上述齿轮箱、或者与上述配管一体构成。
本发明能够提供一种可靠性高的无油式螺旋压缩机。
附图说明
图1是表示水冷二段无油式螺旋压缩机的整体结构的系统图。
图2是本实施例的控制框图。
图3是表示运转时的压力变化的示意图。
图4是冷却装置中所使用的板式热交换器的结构图。
图5是冷却装置中所使用的板式热交换器的结构图。
具体实施方式
下面，对作为本发明的实施方式的无油式螺旋压缩机进行说明，该压缩机具有：可利用定时齿轮以非接触且无油式而旋转的一对凹凸螺旋转子的压缩机主体、冷却从压缩机主体排出的压缩空气的冷却装置，采用板式热交换器构成压缩空气的冷却装置。
特别是举例说明通过控制压缩机的自动停止时以及无载时所产生的板式热交换器自身的温度变化，这样就能降低板式热交换器的温度疲劳，并且能够避免板式热交换器的损伤以及破损。
具体地讲在于，其具备在压缩机的自动停止时以及无载时，停止板式热交换器用冷却水的流通或者调整冷却水的水量的模块。作为冷却水水量的调整模块，在压缩机停止时利用无载时间、冷却水温度或者压缩空气温度中的任意一个信息，根据该信息，使用与冷却水配管连接的切换阀或者调整阀，能够停止板式热交换器用冷却水的流通或者调整冷却水的水量。
作为因板式热交换器的温度疲劳而发生损伤或破损的一个地方，列举温度变化大的连接口。该连接口被设置在覆盖板的盖板上，压缩空气的连接口与冷却水的连接口并非在同一盖板上，优选以相向的方式设置。
为了在无载时降低板式热交换器的板温度变化，也可以在润滑油用热交换器中流通后，或者在压缩机主体冷却中使用冷却水时，压缩机主体冷却套(Jacket)中流通后，或者在两者中都流通后，使其在板式热交换器中流通。
为了在压缩机自动停止时以及无载时控制板式热交换器自身的温度变化，板式热交换器采用下面的结构。即，在压缩机自动停止时以及无载时也因压缩机单元内的废热而残留余热的压缩机主体以及在内部构成压缩机驱动用齿轮的齿轮箱以及高温压缩空气流经的配管等附近设置板式热交换器，或者采用与板式热交换器一体的结构。下面，利用附图说明更为具体的实施方式。
图1是本实施方式中水冷二段无油式螺旋压缩机的整体结构的系统图。水冷二段无油式螺旋压缩机1具备低压段压缩机主体2和高压段压缩机主体3，它们被安装在齿轮箱4上。在低压段压缩机主体2和高压段压缩机主体3内具备凸形转子5以及凹形转子6一对螺旋转子。在这两个转子中的一个一侧的轴端部装有定时齿轮7、8。
在凸形转子5的一个轴端上安装有小齿轮9，该小齿轮9和与电动机12的轴连结的大齿轮10咬合。这些小齿轮9和大齿轮10被收纳在齿轮箱4内，齿轮箱4的下部形成储油部11。在安装有大齿轮10的轴端部上通过联轴器(Coupling)31与电动机12的轴连结。利用这些压缩机驱动用的齿轮，电动机12的输出被传达到压缩机主体。
在图1中，符号数字后面的“a”、“b”分别表示低压段压缩机主体2一侧的部件、高压段压缩机主体3一侧的部件。
在低压段压缩机主体2的吸入空气一侧(上部)与用于调整被吸入该压缩机主体中的空气量的吸入节流阀13连接。因此通过该吸入节流阀13进行调整，可以调整用于压缩的空气量。
通过配管而形成空气通道，被吸入螺旋压缩机1中的空气被压缩然后排出。即，从吸入口经由吸入节流阀13而被送往低压段压缩机主体2的空气通过一对转子的旋转而被压缩，并被供给到压缩空气排出侧的排出配管14。之后，经由与高压段压缩机主体3的吸入口连接的排出配管16而被供给到高压段压缩机主体3。被供给到高压段压缩机主体3的空气继续被压缩，从排出口经由压缩空气排出侧的排出配管17而到达与压缩机装置1的外部供给管道(未图示)连接的排出配管32。
低压段压缩机主体2的压缩空气排出侧的排出配管14与采用板式热交换器构成的低压段压缩空气用的热交换器15连接。低压段压缩空气的热交换器15使用板式热交换器。此外，热交换器15的次级侧的排出配管16与高压段压缩机主体3的吸入口连接。即，在连接低压段压缩机主体2和高压段压缩机主体3的路线中配备作为冷却装置的板式热交换器。
高压段压缩机主体3的排出口通过排出配管17并借助逆止阀18与采用板式热交换器构成的高压段压缩空气用的热交换器19连接。因此，高压段压缩空气用的板式热交换器19的次级侧的排出配管32与压缩机装置1的外部供给管道(未图示)连接。即，在高压段压缩机主体3和外部设备连接部的线路中配备作为冷却装置的板式热交换器。
另一方面，冷却水被供给到装置外部，在流通润滑油用热交换器22、低压段压缩机主体2以及高压段压缩机主体3的冷却水套23内、低压段压缩空气用的板式热交换器15以及高压段压缩空气用的板式热交换器19后，被排出到外部。因此，发热部位以及压缩空气被冷却水而冷却。
此外，在热交换器15、热交换器19下游侧的配管中分别配备低压段压缩空气用排水配管33、高压段压缩空气用排水配管34，用来向外部排水。
润滑油被储存齿轮箱4下部的储油部11中，通过驱动油泵24，利用粗滤器25除去无用物质后被吸起。之后，润滑油经由润滑油用热交换器22并通过油滤清器26，润滑压缩机主体内的齿轮和轴承(未图示)、齿轮箱4内的齿轮等，并返回齿轮箱4下部的储油部11中。在上述这种润滑油循环路线中，通过与冷却水进行热交换，这样不仅可以实现润滑油的冷却，同时，还可以向各个部位供给润滑油。此外，如图1所示，冷却风扇30被用于装置内的换气，通过冷却风扇30，外部空气被吸入装置内，并被排出外部。
在采用上述结构的水冷二段无油式螺旋压缩机1中，电动机12的旋转力通过大齿轮10、小齿轮9等压缩机驱动用齿轮被传达给凸形转子5。被传达给凸形转子5的旋转力通过定时齿轮7、8被传达给凹形转子6，凸形转子5和凹形转子6非接触式进行旋转，于是，外部空气通过吸入过滤器27、吸入节流阀13而被吸入压缩机主体中，并被压缩至规定的压力。该压缩空气在上述的结构中一边被冷却，一边向供给侧排出。
在图1中，压缩空气的流向、润滑油的流向、冷却水的流向以及冷却风扇30的冷却风的流向在图中如箭头所示。
图2是本实施例的水冷二段无油式螺旋压缩机的控制框图。本实施例的水冷二段无油式螺旋压缩机1的电动机12、冷却风扇30以及油泵24通过控制基板(控制部)40而开始驱动，并通过容量用电磁阀的切换打开吸入阀而被启动。电动机12一旦被驱动，则如上所述，低压段压缩机主体2以及高压段压缩机主体3被齿轮部件所驱动，于是吸入的空气被压缩。
图3是表示运转时的压力变化的示意图，压缩机一旦被启动，来自压缩机1的出口压力就会上升。之后，在负载运转时，利用压力P2的输出继续运转，并向客户端设备提供高压的空气。
在负载运转时，如果在客户一侧空气变为十分充足的状态，那么，在排出配管32中压力就会上升。此时，如果被用于检测出排出配管中的空气压力的压力传感器(图2所示)所检测出的压力值达到所设定的比P2高的压力P1，那么，由于能够识别过量供给状态，因此，对容量控制用电磁阀进行控制，进行无载运转。具体地讲在于，控制部40进行控制以关闭吸入节流阀13而打开放气阀28。在该无载运转中，输出压力变成P4，电动机12在无负荷的状态下继续旋转。此外，也可以根据需要，采用无载运转一定时间之后使电动机12停止的自动停止功能。
在客户一侧使用空气，如果检出压力值下降至所设定的比P2低的P3，那么，控制部40再次控制容量控制阀(吸入节流阀13和放气阀28等)，从而变为负载运转，并利用压力P2的输出进行运转。这样，控制部40对容量控制阀进行控制，从而根据顾客一侧的空气使用量而重复进行负载/无载运转，即，构成负载、无载循环。此外，当然也可以是图3所示的P1＞P2＞P3＞P4的关系。
虽然省略了详细的说明，但是也可以通过搭载变换器装置，根据空气使用量来改变电动机12的转速。
此处，说明本实施例的冷却装置的详细情况。图4是作为压缩空气用热交换器所使用的板式热交换器的结构图。
在本实施例中，作为冷却装置所使用的板式热交换器35由2枚盖板36和非常薄的不锈钢制造的沟槽板37构成，它们利用铜等被铜焊。具体地讲，以夹持沟槽板37的方式，两侧被2枚盖板36所包围。压缩空气、冷却水通过连接口38与配管连接。压缩空气和冷却水交互式流经沟槽板37之间并进行热交换。沟槽板37被形成鱼骨(HerringBone)形状，该沟槽板37交互重叠而形成复杂的路线。通过该复杂的路线，热交换率提高并能实现小型化。
无油式螺旋压缩机在负载运转时，温度非常高的压缩空气流过，利用作为冷却装置的板式热交换器，可以有效地冷却该压缩空气。而在无载运转时，通过打开放气阀28、逆止阀18与压缩机主体之间的排出配管内的压缩空气从放气消音器29向外部放气，于是进行无负荷运转。压缩机自动停止时以及无载时，被冷却的空气从供给侧管道一直返回逆止阀19。
在这种状态下，如果冷水却继续向板式热交换器流通，那么，通过频繁地重复这些运转，因热而产生重复应力。由于这种因热所产生的重复应力，有时沟槽板37之间的铜焊部以及沟槽板37和盖板36部、高温压缩空气最初通过的连接口38因各自的热膨胀以及收缩率等的差异而发生损伤或破损。在这种高温的热量所产生的重复应力下，板式热交换器的使用很困难。
作为一例，从75kW的二段压缩机的高压段压缩机主体3排出的压缩空气温度在负载时达到200℃以上。但是，在压缩机自动停止时以及无载时，从供给侧管道至逆止阀18，被冷却的空气返回至大气温度附近。因此，在压缩机停止时以及无载时，如果冷却水继续流经板式热交换器，也容易发生上述的破损和损伤。
因此，根据容量控制，即，在无载时进行控制以降低冷却水的水量，提高热交换器的可靠性。例如，配备温度传感器20，用于检测出冷却水的温度或者压缩空气的温度。根据该检测出来的数值，控制部调节冷却水的水量，从而能够抑制板式热交换器的损伤和破损。
更为具体地讲，利用温度传感器20(图1所示)检测出板式热交换器冷却水出口温度或者板式热交换器的初级或次级的压缩空气温度，据此来调整流经板式热交换器的冷却水的水量。这样，控制压缩机自动停止时以及无载时板式热交换器的温度变化，减少因热所产生的重复应力。因此，可以避免板式热交换器的损伤或破损。只要温度传感器20是按照检测出热交换器15或热交换器19下侧的冷却水的温度或者检测出压缩空气的温度的方式而设置即可，如图1所示，也可以在三处都设置。
如上所述，除了使用温度传感器20之外，也可以根据压力传感器的检测值来控制冷却水的水量。其原因在于，当利用压力传感器检测出排到外部的排出压力P1时，作为供给过多状态而进行无载运转，因此，此时，如果降低冷却水的水量，那么就可以获得同样的效果。
冷却水水量的调整是利用图1所示的电动阀21或电磁阀或者温度调整阀等控制设备进行无步骤或ON-OFF控制来进行的。也可以利用压缩机的启动停止以及负载/无载压缩机的运转操作或其运转时间，或者利用所有这些因素来调整冷却水的水量。
在图1中，为了在压缩机自动停止时以及无载时控制板式热交换器的温度变化，采用冷却水在润滑油热交换器22、压缩机主体的冷却套23内流通之后，在低压段压缩空气用板式热交换器15以及高压段压缩空气用板式热交换器19中流通的结构。冷却水系统并非图1所表示的1个系统，也可以采用1个到多个系统。通过控制板式热交换器的温度变化，并且设定保持冷却能力的冷却水通道数和冷却水的流通顺序，以及控制电动阀21、电动阀、温度调整阀等控制设备的操作频度，这样也可以降低对这些控制设备的负荷。
在板式热交换器的结构中，如图4所示，压缩空气以及冷却水的连接口38并非在同一盖板36上构成，优选如图5所示，压缩空气以及冷却水的连接口被配置在不同的盖板36上。
连接口38是板式热交换器损伤最多的一个地方，由于连接口38和盖板36之间的连接部中温度疲劳的原因，有时会发生损伤以及破损。如图5所示，将高温压缩空气最初通过的板式热交换器的连接口38和冷却水的连接口38设置在不同的盖板36上，这样，可以控制连接口38和盖板36之间的温差，从而能够避免连接口38的损伤或破损。
此外，板式热交换器的设置位置是设在易接收压缩机装置内的废热的地方。通过这种结构，可以抑制压缩机自动停止时以及无载时板式热交换器自身的急剧降温，并降低对板式热交换器的负荷。
根据上述本发明的实施方式，可以在压缩空气为高温的无油式螺旋压缩机中采用板式热交换器。与现有的壳管式热交换器相比，由于板式热交换器的容积能够大幅缩小，因此，装置内热交换器的配置的制约条件放宽。因此，在连接热交换器和压缩机主体的配管中自由度增加，配管线路也能缩短，从而能够实现整个装置的缩小和部件数量的削减。
于是，在压缩空气为高温的无油式螺旋压缩机中，作为压缩空气冷却用换热机而使用板式换热机时，通过调整板式热交换器的冷却水的水量，这样就可避免温度疲劳所导致的损伤或破损。除了调整冷却水的水量调整之外，通过采用控制板式热交换器的温度变化的结构，控制冷却水切换阀或调整阀的操作频度，也能避免控制设备的损伤以及破损。
此外，在使用变频器装置使电动机12的转速可变的情况下，也可根据转速来控制冷却水的水量。

Claims (12)

1.一种无油式螺旋压缩机，其特征在于：
具备水冷式冷却装置，该水冷式冷却装置对从具有可非接触且无供油地进行旋转的一对凹凸螺旋转子的压缩机主体排出的压缩空气进行冷却，
该冷却装置由板式热交换器构成，在无负荷运转时根据无负荷运转的时间调整所述板式热交换器用的冷却水的水量或停止冷却水的流通。
2.一种无油式螺旋压缩机，其特征在于，具备：
低压段压缩机主体，具有可非接触且无供油地进行旋转的一对凹凸螺旋转子，对被吸入的空气进行压缩；
水冷式第一热交换器，对从该低压段压缩机主体排出的压缩空气进行冷却；
高压段压缩机主体，对由该第一热交换器冷却后的压缩空气进行压缩；和
水冷式第二热交换器，对从该高压段压缩机主体排出的压缩空气进行冷却，
其中，所述第一热交换器和所述第二热交换器由板式热交换器构成，在无负荷运转时根据无负荷运转的时间调整所述板式热交换器用的冷却水的水量或停止冷却水的流通。
3.如权利要求1或2所述的无油式螺旋压缩机，其特征在于：
在压缩机自动停止时，调整冷却水的水量或停止冷却水的流通。
4.如权利要求1至3中任一项所述的无油式螺旋压缩机，其特征在于：
所述板式热交换器具有压缩空气用连接口和冷却水用连接口，冷却水连接口和所述压缩空气用连接口被配置在相互相对侧。
5.如权利要求1所述的无油式螺旋压缩机，其特征在于：
所述板式热交换器用的冷却水在冷却所述压缩机主体之后，在所述板式热交换器中流通。
6.如权利要求2所述的无油式螺旋压缩机，其特征在于：
所述板式热交换器用的冷却水在冷却低压段压缩机主体或高压段压缩机主体，或者在冷却该两者之后，在所述板式热交换器中流通。
7.一种无油式螺旋压缩机，其特征在于：
具备水冷式冷却装置，该水冷式冷却装置对从具有可非接触且无供油地进行旋转的一对凹凸螺旋转子的压缩机主体排出的压缩空气进行冷却，
该冷却装置由板式热交换器构成，形成为可调整所述板式热交换器用的冷却水的水量，
所述板式热交换器用的冷却水在润滑油用热交换器中流通之后，在板式热交换器中流通。
8.一种无油式螺旋压缩机，其特征在于，具备：
低压段压缩机主体，具有可非接触且无供油地进行旋转的一对凹凸螺旋转子，对被吸入的空气进行压缩；
水冷式第一热交换器，对从该低压段压缩机主体排出的压缩空气进行冷却；
高压段压缩机主体，对由该第一热交换器冷却后的压缩空气进行压缩；和
水冷式第二热交换器，对从该高压段压缩机主体排出的压缩空气进行冷却，
其中，所述第一热交换器和所述第二热交换器由板式热交换器构成，形成为可调整所述板式热交换器用的冷却水的水量，
所述板式热交换器用的冷却水在润滑油用热交换器中流通之后，在板式热交换器中流通。
9.如权利要求2或8所述的无油式螺旋压缩机，其特征在于：
所述板式热交换器用的冷却水在对从所述低压段压缩机主体排出的压缩空气进行冷却的板式热交换器中流通之后，在对从所述高压段压缩机主体排出的压缩空气进行冷却的板式热交换器中流通。
10.如权利要求2或8所述的无油式螺旋压缩机，其特征在于：
所述板式热交换器用的冷却水在对从所述高压段压缩机主体排出的压缩空气进行冷却的板式热交换器中流通之后，在对从所述低压段压缩机主体排出的压缩空气进行冷却的板式热交换器中流通。
11.如权利要求1至10中任一项所述的无油式螺旋压缩机，其特征在于：
在所述压缩机主体、内置有用于驱动所述压缩机主体的齿轮的齿轮箱、高温压缩空气流经的配管或者在接受这些部件的废热的位置配置所述板式热交换器。
12.如权利要求11所述的无油式螺旋压缩机，其特征在于：
所述板式热交换器与所述压缩机主体、所述齿轮箱或所述配管一体构成。
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