CN106232990B - 气体压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明的气体压缩机，对排出压力(轴承载荷)和转速的各种规格进行轴承供油量的适当控制。其包括：具有压缩气体的旋转体的压缩机主体；将旋转体支承到压缩机主体壳体的轴承；贮存要供给到轴承的润滑油的贮存部；供润滑油从油箱流通到轴承的润滑油配管；经由上述润滑油配管从油箱压送到轴承的油泵；对在上述润滑油配管中流通的润滑油量进行调节的流量控制机构；对上述旋转体供给动力的电动机；输出电动机的旋转频率的逆变器；检测上述压缩主体的排出压力的压力传感器；和控制部，其根据与上述压力传感器的检测压力对应的上述轴承的载荷和与上述逆变器的输出的旋转频率对应的上述旋转体的转速决定对上述轴承的润滑油供给量，基于该润滑油供给量控制上述流量控制机构。

Description

气体压缩机
技术领域
本发明涉及气体压缩机，涉及控制与转速、排出压力相应的轴承供油量的气体压缩机。
背景技术
已知有不需要对压缩工作室供给油、水的无供油式螺杆压缩机。例如，已知有一种螺杆压缩机，其具有非接触且无供油地可旋转的一对阴阳螺杆转子，利用该螺杆转子压缩空气等气体。作为无供油式螺杆压缩机的一般结构，包括对转子的轴承、齿轮和压缩机主体等进行润滑、冷却的润滑油，和对润滑油进行热交换的热交换器，利用油泵使润滑油循环。
作为压缩机旋转体的转子的轴承润滑所需的润滑油的供给量，能够根据轴承规格的常数、轴承目标温度、转速、排出压力和齿轮的载荷来定义。压缩机的运转中，转速或排出压力为变量，根据其中任一者使供油量变化。
作为这样的技术，专利文献1中记载了：控制无负载运转或低旋转时对轴承的供油机构，使供油量比负载运转时降低，从而减少消耗动力。
另一方面，压缩机中，压缩气体的压力与排出的气体量的关系能够根据规格进行各种设计。例如，已知有即使在相同压力下气体量也大的运转方法(专利文献2)。排出气体量的增加根据转速(螺杆等压缩机构的转速、驱动其的发动机的转速等)进行控制。像这样使排出压力降低并且使转速增加的运转，作为“低压增风运转”为人所知。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-364568号公报
专利文献2：日本特开平9-209949号公报
发明内容
发明要解决的课题
支承压缩机主体转子的轴承部所需的润滑油的供给量，由以下的式1定义。
[式1]
Q＝a×F×n
在此，Q：必要供给量(l)、F：轴承载荷(N)、n：轴承转速(min-1)、a＝系数。
由此，例如在低压增风运转的情况下，基于排出压力(轴承载荷)或转速(轴承转速)中的任一者确定的轴承供油量有可能导致供油过多。对转子轴承过度供油，有可能导致搅拌损失等消耗电力的低效率化。另外，另一方面，也可能导致轴承损伤等。
即，专利文献1尽管利用转速或排出压力(轴承载荷)中的任一者在无负载运转时或低旋转时使轴承的供油量降低，但在排出压力与转速的关系成反比例的运转的情况下等，无法进行轴承供油量的适当控制。优选对排出压力(轴承载荷)和转速的各种规格进行轴承供油量的适当控制。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，例如使用权利要求书中记载的结构。即，举出一例的话，是一种气体压缩机，其包括：具有压缩气体的旋转体的压缩机主体；将旋转体支承到压缩机主体壳体的轴承；贮存要供给到轴承的润滑油的贮存部；润滑油从油箱流通到轴承的润滑油配管；经由上述润滑油配管从油箱压送到轴承的油泵；对在上述润滑油配管中流通的润滑油量进行调节的流量控制机构；对上述旋转体供给动力的电动机；输出电动机的旋转频率的逆变器；检测上述压缩机主体的排出压力的压力传感器；和控制部，其根据与上述压力传感器的检测压力对应的上述轴承的载荷和与上述逆变器的输出的旋转频率对应的上述旋转体的转速决定对上述轴承的润滑油供给量，基于该润滑油供给量控制上述流量控制机构。
发明效果
根据本发明，能够根据与排出压力相应的轴承载荷和轴承转速对轴承供给适当量的润滑油。本发明的其他课题结构和效果，通过以下的记载能够明了。
附图说明
图1是表示应用了本发明的一个实施方式的无供油式压缩机的整体概要结构的示意图。
图2是表示本实施方式的控制系统的处理关系的示意图。
图3是说明本实施方式的轴承的供油量比的图。
具体实施方式
以下，用附图对用于实施本发明的方式进行说明。
图1例示了应用本发明的一个实施方式的无供油式螺杆压缩机100(以下有时将其称为“压缩机100”)的整体结构。本例中，压缩机100压缩空气(大气)。另外，压缩机100并不限定于无供油式螺杆压缩机。
压缩机100主要包括：具有利用正时齿轮非接触且无供油地可旋转的阴阳一对螺杆转子(旋转体)的压缩机主体1；冷却从压缩机主体1排出的压缩空气的压缩空气用热交换器14b；在压缩机主体1内外(吸气侧、排出侧)的驱动部中使用的压缩机轴承16和齿轮用的润滑油12。冷却润滑油12的润滑油用热交换器14c；对冷却压缩机主体1的壳体内部的冷却用润滑油进行冷却的主体用冷却油热交换器14a；内包有保持该冷却润滑油和润滑油12的油箱的齿轮箱11(贮存部)；用于从齿轮箱11向螺杆转子的轴承16、齿轮7和8送液的油泵10；和进行压缩机100的运转控制的控制装置A。控制装置A由可编程计算机构成，特征之一为，根据排出压力(轴承载荷)和转速控制压缩机轴承16的供油量。
另外，压缩机100的壳体包括：在上表面对壳体内的空气进行扫气的扫气口40；和在与位于壳体内气流的上游侧的电动机2相对的壳体侧面吸收外部空气的吸气口41。在扫气口40附近的壳体内部设置有扫气用的冷却风扇20，外部空气从吸气口41以概略电动机2、压缩机主体1、热交换器14a、14b的顺序流通，到达排气管道35的外气被从扫气口40扫气到壳体外部。另外，冷却风扇20的转速根据来自监视压缩空气的压力、电动机2的温度等的各种传感器(未图示)的检测信号而被控制装置A控制，以将壳体内部温度维持在一定范围。
电动机2通过控制装置A从逆变器19接受任意频率的电力，能够可变速地旋转。在电动机2的输出轴端设置有驱动用滑轮3a，经由悬架于驱动用滑轮3a的驱动用带4传递到驱动用滑轮3b。驱动用滑轮3b与齿轮轴6同轴连接。齿轮轴6与配置于齿轮箱11内部的大齿轮7连接，该大齿轮7与设置于压缩机主体1的阳(或阴)转子轴的端部的小齿轮8啮合，将电动机2的动力传递到螺杆转子。
压缩机主体1经由空气过滤器5从吸气部吸入、压缩外部空气。压缩空气被排出到配管25a。配管25a与压缩空气用热交换器14b连接，但在其跟前有向放气路径26的分支。放气路径26通过设置于其下游侧的放气阀27的开闭能够将压缩空气放气到大气中。即，压缩机100在用户侧的压缩机空气的消耗减少、压缩空气的压力达到规定值时，进行减轻压缩机主体1的负荷来降低消耗电力的无负载运转。通常运转中，排出到配管25a的压缩空气在压缩空气用热交换机14b中流动。
压缩空气用热交换机14b由管式或板式的热交换器构成。压缩空气用热交换机14b接受未图示的冷却液(水、冷却剂)的供给，通过将压缩空气与冷却液进行热交换来冷却到期望的温度，之后经由配管25b排出到用户侧。
在配管25b的下游设置有测量排出压力值并输出到控制装置A的压力传感器18。即，压力传感器18测定压缩空气的使用侧(用户侧)的压力值。
接着，对润滑油12的循环系统进行说明。
与压缩机主体1的旋转机构同样，在齿轮轴6上与滑轮3b相反侧的轴端设置有油泵驱动用齿轮9。泵驱动用齿轮9与连接于油泵10的被驱动用齿轮啮合，将电动机2的动力传递到油泵10。油泵10经由润滑油配管13a将贮存于齿轮箱11的润滑油12压送到润滑油用热交换器14c。在润滑油用热交换机14c中被冷却到规定的温度以下的润滑油12，经由润滑油用配管13b和油过滤器15，被送到排出侧和吸气侧各自的压缩机轴承16，之后被齿轮箱11回收。
其中，油泵10经由泵驱动用齿轮9使用压缩机主体1的驱动系统。即，跟电动机2的转速上升、下降来增减润滑油的供给量。本实施方式中，通常的运转(所谓额定运转)中，从油泵10根据转速供给的润滑油的必要供给量Q以满足下述(式1)的方式设计油泵10。
[式1]
Q＝a×F×n
在此，Q：必要供给量(l)、F：轴承载荷(N)、n：轴承转速(min-1)、a＝系数。
另外，在成为润滑油配管13a的上游的油泵10的二次侧与齿轮箱11之间，作为控制润滑油的供给的流量控制机构设置有排油电磁阀17和润滑油配管13c。通过根据来自控制装置A的指令将排油电磁阀17“打开(ON)”，从泵10输送来的润滑油12经由润滑油配管13a回到齿轮箱11。即，通过排油电磁阀17的“打开(ON)、关闭(OFF)”，能够控制在润滑油配管13a、13b流通的润滑油的量，其结果是，能够增减轴承16的供油量。即是因为在后述的“低压增风运转”时，需要限制供给的润滑油的量。
另外，排油电磁阀17在“打开(ON)”的情况下，不是所有的润滑油从润滑油配管13c回流到齿轮箱11，而是一部分回流，其他被压送到润滑油配管13a等。在“打开(ON)”的情况下，被压送到润滑油配管13a的润滑油的量相当于根据轴承载荷和轴承转速而成为适当的量的必要供给量(Q)。对于必要供给量(Q)在后面叙述。
另外，控制润滑油12的供给量的机构并不限定于排油电磁阀17。也可以例如在泵10中应用自主型的发动机(电动机等)，根据来自控制装置A等的指令值控制驱动的程度，也可以将它们组合。另外，本实施例中，对排油电磁阀17的切换为“打开”和“关闭”两个挡位进行了说明，但并不限定于此，也可以为更多挡位。
接着，图2示意性地表示控制装置A的控制系统。控制装置A是包括运算装置和易失性、非易失性的存储器的可编程计算机，通过软件与运算装置的协同工作进行压缩机100的各部分与控制信号的输入输出。另外，控制装置A接收经由设置于壳体外周等的输入面板(未图示)、网络从压缩机100的外部从控制设备(包括PC、服务器)输入的来自操作者的设定压力值的输入，将它们存储到存储器(未图示)中。
控制装置A实时或以规定的间隔接收从压力传感器18输出的当前的压力值，与存储于存储器中的设定压力值进行比较，在当前的压力值达到设定压力值之前，对逆变器19下达规定的旋转频率的指令以使得压缩机主体1进行负载运转。而且，控制装置A从逆变器19接收当前的频率值的反馈。
另一方面，当来自压力传感器18的当前的压力值达到设定压力值时，控制装置A切换为无负载运转的控制。无负载运转中，控制装置A为了打开放气阀27来经由放气消音器放气并使压缩机主体转子的转速降低，对逆变器19输出降低旋转频率的指令。之后，继续监视来自压力传感器18的当前的压力值，根据用户侧的压缩机空气的消耗，当该压力值为设定压力以下或降低至设定压力附近时，将放气阀27“关闭”，在达到设定压力值之前，对逆变器19作出提高旋转频率的指令，再次开始负载运转。
另外，控制装置A将压力传感器18检测出的压力和基于其得到的电动机2的输出频率指令值的结果与预先决定的设定值进行比较，来决定排油电磁阀17的打开、关闭。在说明本排油电磁阀17的控制之前，对压缩机100的低压增风运转进行说明。
本实施方式中，压缩机100能够进行低压增风运转。在此，所谓低压增风运转，是指关于压缩机主体1的排出压力，增加压缩机转子的转速，增加针对排出压力的空气量的运转。另外，压缩机转子的转速的增加以与通常运转时的消耗动力相同的范围上升。由此，消耗动力一定，且能够生成空气量增加且低压的压缩空气。
这样的控制，通过变更逆变器19的输出频率来进行。例如在通常运转(额定运转)中，控制装置A对于逆变器19，使电动机2以与设定压力值对应的预先设定的频率驱动。如果使此时的频率为额定频率，则在低压增风运转中，使电动机2以比额定高的频率驱动。
低压增风运转可以通过操作者经由上述的输入面板等输入设定压力和风量来变更运转状态，也可以作为低压增风运转的初始值预先在存储器上存储压力和频率值，操作者从输入面板切换运转模式。另外，本实施方式中，将相对于额定运转压力低且频率更高的运转作为低压增风运转进行说明，但本发明也能够应用于将任意运转时的频率作为额定的情况。
像额定运转与低压增风运转那样，当排出压力(轴承载荷)与转子的转速的关系不一样时，要供给到轴承16的润滑油的量也需要根据各运转条件进行变更。即，如果使低压增风运转时的润滑油供给量与额定运转时的供给量一样则供给过多，会导致机械损失。
图3表示旋转频率比与轴承供油量比的关系和排油电磁阀17的动作。图中，C线是表示供给到轴承的供油量相对于旋转频率比的关系的线。此时，供给到轴承16的必要供油量例如为上述的[式1]中的值。
根据[式1]，即使旋转频率增加，如果轴承16的载荷降低(工作室的压缩压力降低)，则供给到轴承16的必要供油量不变。例如在低压增风运转中，在旋转频率比为120％的情况下，载荷变为80％，必要供油量可以与旋转频率比100％时同等。
与之相对地，根据现有的旋转频率的增大决定轴承供油量的增加量的方式，高速旋转区域的D的范围相对于必要的供油量成为供油过多的状态。
压缩机100的消耗动力包括由压缩机轴承16产生的机械损失，但机械损失主要包括根据旋转速度变化的损失和因供油温度、供油量而变化的摩擦损失。控制装置A在旋转频率比超过100％的低压增风时，使排油电磁阀17为“打开”，使轴承16的供油量减少。由此，能够减少摩擦损失等导致的消耗动力(根据规格不同，但例如能减少1～几％程度)。
具体来说，控制装置A根据与来自压力传感器18的当前压力值对应的轴承载荷(F)、与从逆变器19反馈的输出频率值对应的轴承转速(n)、和系数(a)求取必要供给量(Q)，对于该输出频率值对应的油泵10的压送量是否超过求得的必要供给量(Q)进行判定，在超过的情况下对排油电磁阀17作出“打开(ON)”的指令，对压送到润滑油配管13a、13b的润滑油量进行限制。之后，控制装置A基于根据来自压力传感器18的当前压力值和从逆变器19反馈的输出频率得到的对应的轴承载荷和对应的轴承转速，监视必要供给量和当前的油泵10的压送量，控制排油电磁阀17的“打开(ON)、关闭(OFF)”，由此对轴承16控制与轴承载荷和轴承转速相应的适当的供油量。
像这样，根据压缩机100，能够根据旋转频率和排出压力的关系动态地得到最佳的润滑油12的供油量，能够减少不必要的损失从而提高消耗动力的减少效果。
另外，压缩机100中，在排油电磁阀17为“打开”的状态下也将一定的润滑油压送到润滑油配管13a，以在压缩机主体1的驱动时，不会没有向轴承16的润滑油的供给。
另外，压缩机100是对于供给到轴承16等的润滑油量的调节设置润滑油配管13c和排油电磁阀17的结构，能够在确保为了实现结构的高效化而在油泵的驱动系统中利用压缩机主体的驱动系统这一结构上的优点的状态下进行润滑油量的调节。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述结构，自不必说也包括不脱离本发明的主旨的范围内的各种变更和等同发明。
另外，本实施方式中，对控制装置根据与当前的压力传感器值、输入设定压力值和给予逆变器19的频率指令值分别对应的轴承载荷、轴承转速运算适当的润滑油量的例子进行了说明，但是也可以预先在存储器上存储计算了与压力和频率相应的供油量的对应表，基于该对应表判断排油电磁阀17的打开、关闭。能够实现运算处理负荷的降低。
另外，也可以将这样的对应表在通常运转时和低压增风运转时先各自存储，与运转模式一起切换。而且，也可以在通常运转时或低压增风运转时使用表，在其他的运转时用控制装置A进行运算，也可以相反进行。
另外，本实施方式中，对将油泵10的驱动系统与压缩机主体1的驱动系统共用化的例子进行了说明，但也可以使用小型电动机使油泵10的驱动系统独立，从控制装置A向油泵10输出驱动指令，由此调节润滑油的供给量。即，在控制装置A求得的润滑油的必要供给量(Q)比当前的油泵10的供给量多的情况下，从控制装置A输出使小型电动机的转速减少的指令，在比当前的油泵10的供给量少的情况下输出使小型电动机的转速增加的指令，以使得成为必要供给量(Q)。
另外，本实施方式中，作为压缩机100以单级机为例进行了说明，但也可以为由低压级压缩机和高压级压缩机构成的多级机。而且，压缩机构并不限定于阴阳一对的螺杆压缩机主体，也能够应用于对轴承供给润滑油的结构的压缩机构(例如、涡旋型、爪型、单或三螺杆型等)。
另外，本实施方式中作为压缩机的旋转体以双转子形式的螺杆压缩机进行了说明，但也能够应用于单转子或三转子，进而也可以为涡旋形式、往复运动形式、爪形式、螺杆和旋转压缩板混合形式等压缩机的轴承供油量控制。
附图标记说明
1…压缩机主体；2…电动机；3a、3b…滑轮；4…带；5…空气过滤器；6…齿轮轴；7…大齿轮；8…小齿轮；9…油泵驱动用齿轮；10…油泵；11…齿轮箱；12…润滑油；13a、13b、13c…润滑油配管；14a…主体冷却液用热交换器；14b…压缩空气用热交换机；15…油过滤器；16…压缩机轴承；17…排油电磁阀；18…压力传感器；19…逆变器；20…冷却风扇；25a…压缩空气配管；26…放气路径；27…放气阀；28…放气消音器；29…止回阀；30…双向电磁阀；35…空气管道；A…控制装置。

Claims (5)

1.一种气体压缩机，其特征在于，包括：
具有用于压缩气体的旋转体的压缩机主体；
将所述旋转体支承于压缩机主体壳体的轴承；
贮存要供给到所述轴承的润滑油的贮存部；
供润滑油从油箱流通到所述轴承的润滑油配管；
经由所述润滑油配管将润滑油从所述油箱压送到所述轴承的油泵；
对在所述润滑油配管中流通的润滑油量进行调节的流量控制机构；
对所述旋转体提供动力的电动机；
对所述电动机输出规定旋转频率的电力的逆变器；
检测所述压缩机主体的排出压力的压力传感器；和
控制部，其用得到规定压力和规定风量的排出气体时的电动机的消耗动力进行低压增风运转控制，在所述低压增风运转控制中增大所述电动机的转速，使压力低于所述规定压力且风量大于所述规定风量的排出气体排出到所述压缩机主体，
所述控制部根据与所述压力传感器的检测压力对应的所述轴承的载荷和与所述逆变器输出的电力的旋转频率对应的所述旋转体的转速决定要对所述轴承供给的润滑油量，基于该要对所述轴承供给的润滑油量控制所述流量控制机构，
所述控制部在进行所述低压增风运转控制时，根据与所述规定压力对应的所述轴承的载荷和与增大的所述转速对应的所述旋转体的转速决定要对所述轴承供给的润滑油量，基于该要对所述轴承供给的润滑油量控制所述流量控制机构。
2.如权利要求1所述的气体压缩机，其特征在于：
包括供润滑油从所述润滑油配管回流到所述贮存部的排油配管，
所述流量控制机构为双向电磁阀，
该双向电磁阀配置于所述排油配管。
3.如权利要求2所述的气体压缩机，其特征在于：
所述油泵由所述电动机的动力驱动。
4.如权利要求1所述的气体压缩机，其特征在于：
所述油泵由与所述电动机不同的另一电动机驱动。
5.如权利要求1所述的气体压缩机，其特征在于：
所述控制部，
预先存储与所述轴承的载荷和所述轴承的转速对应的要对所述轴承供给的润滑油量的对应表，其中所述轴承的载荷与所述压缩机主体排出的压缩气体的压力对应，所述轴承的转速与所述逆变器输出的旋转频率对应，
参照所述对应表，基于与所述压力传感器的检测压力和所述逆变器输出的旋转频率中的至少一者的输入值所对应的润滑油量来控制所述流量控制机构。
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