JP2000046000A - Turbo compressor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はターボ圧縮機に係
り、特に高速波電動機で駆動され高速で回転するターボ
圧縮機に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbo compressor, and more particularly to a turbo compressor driven by a high-speed electric motor and rotating at a high speed.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、高周波電動機で駆動され高速で
回転するターボ圧縮機では、電動機の発熱量が大きいの
で冷却する必要があり、空気、水等で冷却されている。
また、高速で駆動される高周波電動機では軸受部の周速
が高いので、通常の油軸受を用いることは困難であり、
電磁軸受を用いる場合がある。この電磁軸受は、空気で
冷却することが知られている。2. Description of the Related Art Generally, a turbo compressor driven by a high-frequency motor and rotating at a high speed needs to be cooled because the heat generated by the motor is large, and is cooled by air, water or the like.
Also, in a high-frequency motor driven at high speed, the peripheral speed of the bearing portion is high, so it is difficult to use a normal oil bearing,
An electromagnetic bearing may be used. This electromagnetic bearing is known to be cooled by air.
【０００３】従来の高周波電動機で駆動するターボ圧縮
機では、中間の空気冷却器や最終段の空気冷却器からで
た下流の空気が電動機や磁気軸受の冷却に使用されてい
る。高周波電動機や磁気軸受の冷却空気の圧力は０．１
〜０．５ｋｇ／ｃｍ2ｇ程度でよいが、中間空気冷却器
や最終段空気冷却器の圧力は１．５〜８ｋｇ／ｃｍ2ｇ
と高い。In a conventional turbocompressor driven by a high-frequency motor, air downstream from an intermediate air cooler or a final stage air cooler is used for cooling the motor and magnetic bearings. The cooling air pressure for high frequency motors and magnetic bearings is 0.1
~0.5kg / cm may be about 2 g, but the pressure of the intermediate air cooler and the final stage air coolers 1.5~8kg / cm 2 g
And high.
【０００４】また、低速の電動機で回転子に直接冷却用
の羽根を取り付け、その羽根の送風作用により電動機を
冷却する方法も採用されている。[0004] A method has also been adopted in which cooling blades are directly attached to the rotor with a low-speed motor, and the motor is cooled by the blowing action of the blades.
【０００５】さらに、例えば特開平６−１１７７１０号
公報に記載されるように、水冷ジャケットを電動機の固
定子背面に複数個設け、電動機を水冷却する技術が知ら
れている。Further, as described in, for example, JP-A-6-117710, a technique is known in which a plurality of water-cooling jackets are provided on the back surface of a stator of an electric motor to cool the electric motor with water.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】発熱体の冷却に必要な
空気量は圧力に関係なく一定である。中間空気冷却器や
最終段空気冷却器からでた空気を高周波電動機や磁気軸
受の冷却に使用するターボ圧縮機では、必要以上に高い
圧力の空気を冷却に用いると、圧縮に費やされたエネル
ギは無駄に捨てられることになり、ターボ圧縮機の効率
は低下する。The amount of air required for cooling the heating element is constant regardless of the pressure. In a turbocompressor that uses air from an intermediate air cooler or the last-stage air cooler to cool a high-frequency motor or magnetic bearings, if air with an unnecessarily high pressure is used for cooling, the energy used for compression can be reduced. Is wasted and the efficiency of the turbo compressor is reduced.
【０００７】すなわち、高速波電動機ではロータの周速
も大きく、発熱量が大きいため冷却空気はかなり大量に
必要になる。中間の空気冷却器あるいは最終段の空気冷
却器からでた空気を用いて高速波電動機を冷却する従来
のターボ圧縮機では、冷却用の空気の圧力が高いため、
冷却空気の圧縮に必要な動力も大きくなり、このためタ
ーボ圧縮機の効率は低くなるという問題があった。That is, in a high-speed motor, the peripheral speed of the rotor is high and the amount of heat generated is large, so that a considerably large amount of cooling air is required. In a conventional turbo compressor that cools a high-speed electric motor using air from an intermediate air cooler or a final air cooler, the pressure of the cooling air is high,
The power required for compressing the cooling air is also increased, which causes a problem that the efficiency of the turbo compressor is reduced.
【０００８】また、低速の電動機で回転子に直接冷却用
の羽根を取り付け、その羽根の送風作用により電動機を
冷却するターボ圧縮機では、高周波電動機で駆動する構
造では電動機のロータが長くなる。したがって、冷却用
の羽根を高周波電動機の回転子に取り付けるとロータは
さらに長くなり、ロータの軸系の危険速度は低下して運
転が困難になる。このため、冷却用の羽根を高周波電動
機の回転子に設けることには問題があった。Further, in a turbo compressor in which a cooling blade is directly attached to a rotor with a low-speed motor and the motor is cooled by a blowing action of the blade, a rotor of the motor becomes long in a structure driven by a high-frequency motor. Therefore, when the cooling blades are attached to the rotor of the high-frequency motor, the rotor becomes longer, and the critical speed of the shaft system of the rotor is reduced to make the operation difficult. For this reason, there is a problem in providing the cooling blade on the rotor of the high-frequency motor.
【０００９】さらに、電動機を水冷却する技術では水が
必要であり、設置場所が制限される。[0009] Furthermore, the technique of water-cooling an electric motor requires water, and the installation place is limited.
【００１０】本発明の目的は、高周波電動機で駆動され
るターボ圧縮機に関するもので、特に圧縮機システムの
効率を低下させないで電動機や磁気軸受を冷却すること
のできるターボ圧縮機を提供することにある。An object of the present invention relates to a turbo compressor driven by a high-frequency electric motor, and in particular, to provide a turbo compressor capable of cooling an electric motor and a magnetic bearing without lowering the efficiency of the compressor system. is there.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的は、インバータ
で駆動され空気を用いて冷却する高周波電動機と、その
電動機により駆動される少なくとも２段の遠心圧縮機段
を有するターボ圧縮機において、電動機を冷却する空気
を、少なくとも一部は圧縮機以外の外部装置から導く、
ことにより達成される。An object of the present invention is to provide a high-frequency motor driven by an inverter and cooled by using air, and a turbo compressor having at least two centrifugal compressor stages driven by the motor. Directing the cooling air, at least in part, from an external device other than the compressor,
This is achieved by:
【００１２】また上記目的は、インバータで駆動され、
磁気軸受により支持された空気を用いて冷却する高周波
電動機と、その電動機により駆動される少なくとも２段
の遠心圧縮機段を有するターボ圧縮機において、電動機
及び磁気軸受を冷却する空気を、少なくとも一部は圧縮
機以外の外部装置から導く、ことにより達成される。[0012] The above object is also achieved by driving an inverter.
In a high-frequency electric motor that cools by using air supported by a magnetic bearing, and in a turbo compressor having at least two centrifugal compressor stages driven by the electric motor, at least a part of the air that cools the electric motor and the magnetic bearing is cooled. Is derived from an external device other than the compressor.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しながら説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１４】図１は、本発明に係るターボ圧縮機の第１
の実施例の系統図を示す。本実施例によるターボ圧縮機
は２段の圧縮機から構成さり、初段圧縮機1ａと２段目
圧縮機１ｂとは電動機２により駆動される。高周波電動
機２は回転が高周波インバータ３により制御され、数万
回転／毎分（以下、ｒｐｍ）以上の高速で運転される。
初段圧縮機1ａの上流には空気（大気）を吸込むための
吸込管４が設けられている。初段圧縮機1ａと２段目圧
縮機１ｂとは途中に中間空気冷却器５ａの介在する配管
６で接続されている。２段目圧縮機１ｂの下流には途中
に空気冷却器５ｂの介在する吐出管７が接続されてい
る。高周波電動機２の他端には、電動機８（駆動源）で
駆動されるブロワ９を取り付けた冷却空気取り入れ用の
配管１０が接続され、高周波電動機２の内部に冷却空気
を取り入れる構造になっている。FIG. 1 shows a first embodiment of a turbo compressor according to the present invention.
1 shows a system diagram of an embodiment of the present invention. The turbo compressor according to the present embodiment includes a two-stage compressor, and the first-stage compressor 1a and the second-stage compressor 1b are driven by the electric motor 2. The rotation of the high-frequency motor 2 is controlled by the high-frequency inverter 3 and is operated at a high speed of tens of thousands of rotations per minute (hereinafter, rpm) or more.
A suction pipe 4 for sucking air (atmosphere) is provided upstream of the first stage compressor 1a. The first-stage compressor 1a and the second-stage compressor 1b are connected by a pipe 6 provided with an intermediate air cooler 5a on the way. A discharge pipe 7 having an air cooler 5b interposed on the way is connected downstream of the second stage compressor 1b. The other end of the high-frequency motor 2 is connected to a cooling air intake pipe 10 to which a blower 9 driven by a motor 8 (drive source) is attached, so that cooling air is taken into the high-frequency motor 2. .
【００１５】図２は、図１で示すターボ圧縮機２の拡大
縦断面図である。ケーシング１１に取り付けられたラジ
アル磁気軸受１２ａ、１２ｂにより支持されたロータ１
３の中央部には、外周に永久磁石を設けた回転子１４が
取り付けられている。高周波電動機２は、回転子１４
と、この回転子１４に対応する位置のケーシング１１に
固定されたステータ１５とにより構成される。ロータ１
３の軸端には流体を圧縮するための初段用羽根車１６
ａ、２段目用羽根車１６ｂが取り付けられている。ま
た、初段側ラジアル磁気軸受１２ａと回転子１４との間
には、スラスト磁気軸受１７が設けられている。高周波
電動機２の回転子１４のほぼ中心位置に対応するケーシ
ング１１には、冷却空気を導くための冷却空気導入孔１
８ａが設けられている。さらに、ケーシング１１にはラ
ジアル磁気軸受１２ａ、１２ｂに冷却空気を導くための
冷却空気導入孔１８ｂ、１８ｃが設けられている。FIG. 2 is an enlarged vertical sectional view of the turbo compressor 2 shown in FIG. Rotor 1 supported by radial magnetic bearings 12a and 12b attached to casing 11
A rotor 14 provided with a permanent magnet on the outer periphery is attached to the center of the rotor 3. The high-frequency motor 2 includes a rotor 14
And a stator 15 fixed to the casing 11 at a position corresponding to the rotor 14. Rotor 1
The first stage impeller 16 for compressing the fluid
a, a second stage impeller 16b is attached. A thrust magnetic bearing 17 is provided between the first-stage radial magnetic bearing 12a and the rotor 14. A cooling air introduction hole 1 for introducing cooling air is provided in a casing 11 corresponding to a substantially central position of a rotor 14 of the high-frequency motor 2.
8a are provided. Further, the casing 11 is provided with cooling air introduction holes 18b and 18c for guiding cooling air to the radial magnetic bearings 12a and 12b.
【００１６】この実施例では、吸込管４から吸込まれた
空気は初段圧縮機１ａで約２ｋｇ／ｃｍ2ｇまで昇圧さ
れた後、空気冷却器５ａで冷却されて２段目圧縮機１ｂ
に吸込まれる。２段目圧縮機１ｂでさらに６〜９ｋｇ／
ｃｍ2ｇまで昇圧された空気は、空気冷却器５ｂで冷却
された後、配管７を通り、プロセス（図示せず）に送ら
れる。また、電動機８によって駆動されるブロワ９で
０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2ｇに昇圧された空気は、冷
却用配管１０を通り、冷却空気導入孔１８ａ，１８ｂ，
１８ｃに入って高周波電動機２やラジアル磁気軸受１２
ａ、１２ｂ、スラスト磁気軸受１７を冷却した後、大気
に開放される。In this embodiment, the air sucked from the suction pipe 4 is pressurized to about 2 kg / cm 2 g by the first-stage compressor 1a, and then cooled by the air cooler 5a to form the second-stage compressor 1b.
Sucked into. 6-9kg / in the second stage compressor 1b
The air pressurized to cm 2 g is cooled by an air cooler 5b and then sent to a process (not shown) through a pipe 7. The air pressurized to 0.1 to 0.5 kg / cm 2 g by the blower 9 driven by the electric motor 8 passes through the cooling pipe 10 and passes through the cooling air introduction holes 18a, 18b,
18c, the high-frequency motor 2 and the radial magnetic bearing 12
After cooling the a, 12b and the thrust magnetic bearing 17, it is opened to the atmosphere.
【００１７】本実施例では、ブロワ９による冷却空気の
圧力は冷却空気を送るのに必要な圧力までしか昇圧され
ないので、昇圧に必要なエネルギ（消費動力）は小さ
い。したがって、従来のターボ圧縮機に比べて、ターボ
圧縮機の効率が向上する。In the present embodiment, the pressure of the cooling air by the blower 9 is increased only to the pressure required for sending the cooling air, so that the energy (power consumption) required for increasing the pressure is small. Therefore, the efficiency of the turbo compressor is improved as compared with the conventional turbo compressor.
【００１８】また、高周波電動機の回転子に冷却用の羽
根を取り付けて冷却を行う従来のターボ圧縮機に比べ
て、高周波電動機のロータの軸方向長さを短くできる。
このため、ロータの軸系の危険速度は向上し、ロータは
安定した回転を行なう。Further, the axial length of the rotor of the high-frequency motor can be reduced as compared with a conventional turbo-compressor in which cooling is performed by attaching cooling blades to the rotor of the high-frequency motor.
Therefore, the critical speed of the shaft system of the rotor is improved, and the rotor performs stable rotation.
【００１９】なお、本実施例では、冷却空気は高周波電
動機を冷却した後、大気に開放されているが、配管によ
りターボ圧縮機の吸込部に導いてもよい。In this embodiment, the cooling air is released to the atmosphere after cooling the high-frequency motor, but it may be guided to the suction part of the turbo compressor by piping.
【００２０】図３は、本発明に係る第２の実施例で、図
１の実施例の高周波電動機２及び高周波電動機の冷却用
ブロワ９の主要部分を示したものである。FIG. 3 shows a second embodiment according to the present invention, in which main parts of the high-frequency motor 2 and the cooling blower 9 for the high-frequency motor of the embodiment of FIG. 1 are shown.
【００２１】この実施例では、ブロワ９は高周波インバ
ータ１９により回転数が制御される高周波電動機８（数
万ｒｐｍ）で駆動される。図１の実施例の場合と同様、
ブロワ９の吐出圧力は０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2ｇで
ある。プロワ９で昇圧された圧縮空気は冷却用配管１０
を通り、冷却空気導入孔１８ａ，１８ｂ，１８ｃに入っ
て高周波電動機２やラジアル磁気軸受１２ａ、１２ｂ、
スラスト磁気軸受１７を冷却した後、大気に開放され
る。In this embodiment, the blower 9 is driven by a high-frequency motor 8 (tens of thousands of rpm) whose rotation speed is controlled by a high-frequency inverter 19. As in the case of the embodiment of FIG.
The discharge pressure of the blower 9 is 0.1 to 0.5 kg / cm 2 g. The compressed air pressurized by the blower 9 is supplied to a cooling pipe 10
Through the cooling air introduction holes 18a, 18b, 18c, the high-frequency motor 2 and the radial magnetic bearings 12a, 12b,
After cooling the thrust magnetic bearing 17, it is opened to the atmosphere.
【００２２】本実施例では、ブロワ９の回転数は高いた
め、次式（１）で示される比速度が図１の実施例の場合
より高くなる。In this embodiment, since the rotational speed of the blower 9 is high, the specific speed represented by the following equation (1) is higher than that in the embodiment of FIG.
【００２３】 ｎｓ＝ＮＱ0.5／Ｈａｄ0.75 …（１） Ｎ：回転数 Ｑ：流量 Ｈａｄ：断熱効率 プロワ９の比速度が高くなると効率も高くなるので、所
定の圧力に昇圧するに必要な動力は図１の実施例の場合
よりも小さくなり、したがってターボ圧縮機の効率は図
１の実施例よりも、さらに向上する。Ns = NQ 0.5 / Had 0.75 (1) N: rotation speed Q: flow rate Had: adiabatic efficiency Since the efficiency increases as the specific speed of the prober 9 increases, the power required to increase the pressure to a predetermined pressure is 1 is smaller than in the embodiment of FIG. 1, and thus the efficiency of the turbo compressor is further improved as compared with the embodiment of FIG.
【００２４】図４は、本発明に係る第３の実施例で、高
周波電動機２と冷却用ブロワ９の主要部分を示したもの
である。この実施例では、ブロワ９を駆動する高周波電
動機８はターボ圧縮機用のインバータ３で回転数（数万
ｒｐｍ）が制御される。ブロワ９の吐出圧力は、図１の
実施例の場合と同様、０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ2ｇで
ある。プロワ９で昇圧された圧縮空気は冷却用配管１０
を通り、冷却空気導入孔１８ａ，１８ｂ，１８ｃに入っ
て高周波電動機２及びラジアル磁気軸受１２ａ、１２
ｂ、スラスト磁気軸受１７を冷却した後、大気に開放さ
れる。FIG. 4 shows a third embodiment according to the present invention, in which main parts of a high-frequency motor 2 and a cooling blower 9 are shown. In this embodiment, the number of revolutions (tens of thousands of rpm) of the high frequency motor 8 for driving the blower 9 is controlled by the inverter 3 for the turbo compressor. The discharge pressure of the blower 9 is 0.1 to 0.5 kg / cm 2 g as in the embodiment of FIG. The compressed air pressurized by the blower 9 is supplied to a cooling pipe 10
Through the cooling air introduction holes 18a, 18b, 18c, and through the high-frequency motor 2 and the radial magnetic bearings 12a, 12c.
b) After cooling the thrust magnetic bearing 17, it is opened to the atmosphere.
【００２５】本実施例では、ブロワ９の回転数が高いた
め、比速度は図１の実施例より高く、したがってターボ
圧縮機の効率も高くなる。In this embodiment, since the rotation speed of the blower 9 is high, the specific speed is higher than that of the embodiment of FIG. 1, and the efficiency of the turbo compressor is also increased.
【００２６】その結果、所定の圧力に昇圧するに必要な
動力は図１の実施例よりも小さくなり、ターボ圧縮機の
効率は図１の実施例の場合よりもさらに向上する。As a result, the power required to increase the pressure to a predetermined pressure is smaller than that of the embodiment of FIG. 1, and the efficiency of the turbo compressor is further improved than that of the embodiment of FIG.
【００２７】また、本実施例ではターボ圧縮機駆動用の
高周波インバータ３でプロワ９の回転数を制御して駆動
するため、新たな高周波インバータが不要となり、図２
の実施例の場合に比べてターボ圧縮機のコストを低減で
きる。Further, in this embodiment, since the high frequency inverter 3 for driving the turbo compressor is driven by controlling the rotation speed of the blower 9, a new high frequency inverter is not required.
The cost of the turbo compressor can be reduced as compared with the embodiment.
【００２８】図５は、本発明に係るターボ圧縮機の第４
の実施例の系統図を示す。本実施例によるターボ圧縮機
は２段圧縮機であり、初段圧縮機１ａ、２段目圧縮機１
ｂは高周波電動機２により駆動される。高周波電動機２
は高周波インバータ３により回転数が制御され、数万ｒ
ｐｍ以上の高速で運転される。初段圧縮機１ａの上流に
は、吸込管４が設けられ、初段圧縮機１ａと２段目圧縮
機１ｂは途中に中間空気冷却器５ａを設けた配管６で接
続されている。FIG. 5 shows a fourth embodiment of the turbo compressor according to the present invention.
1 shows a system diagram of an embodiment of the present invention. The turbo compressor according to the present embodiment is a two-stage compressor, and includes a first-stage compressor 1a and a second-stage compressor 1
b is driven by the high frequency motor 2. High frequency motor 2
Is controlled by the high-frequency inverter 3 to produce tens of thousands of r.
It is operated at a high speed of pm or more. A suction pipe 4 is provided upstream of the first-stage compressor 1a, and the first-stage compressor 1a and the second-stage compressor 1b are connected by a pipe 6 provided with an intermediate air cooler 5a in the middle.
【００２９】中間空気冷却器５ａの下流には、途中に絞
り部２０、逆止弁２１の介在する圧縮空気を取り出すた
めの配管２２が設けられ、この配管２２はブロワ２３を
駆動するためのタービン２４に連結されている。ブロワ
２３の下流には圧縮空気を高周波電動機２に導くための
配管２５が設けられている。２段目圧縮機１ｂの下流に
は、途中に空気冷却器５ｂ、逆止弁２６、測定した圧力
に基づいて放風弁２７を開閉させる制御装置２８(例え
ば圧力スイッチ）の介在する吐出管７が設けられ、この
吐出管７はレシーバタンク２９に接続されている。Downstream of the intermediate air cooler 5a, there is provided a pipe 22 for taking out compressed air through a throttle section 20 and a check valve 21 on the way, and this pipe 22 is a turbine for driving a blower 23. 24. Downstream of the blower 23, a pipe 25 for guiding compressed air to the high-frequency motor 2 is provided. Downstream of the second-stage compressor 1b, the discharge pipe 7 is provided with an air cooler 5b, a check valve 26, and a control device 28 (for example, a pressure switch) for opening and closing the blow-off valve 27 based on the measured pressure. The discharge pipe 7 is connected to a receiver tank 29.
【００３０】空気冷却器５ｂと逆止弁２６との間の吐出
管７には、一端が図示しない手段で吸込管４に接続され
た放風管３０が設けられ、この放風管３０には途中に放
風弁２７が介在し、その下流には流量調節用の絞り部３
１が設けられている。放風管３０には、放風弁２７と絞
り部３１との間で逆止弁３２が介在し、一端が前記冷却
管２２に連結された配管３３が接続されている。The discharge pipe 7 between the air cooler 5b and the check valve 26 is provided with a discharge pipe 30 having one end connected to the suction pipe 4 by means not shown. A blow-off valve 27 is interposed in the middle, and a throttle 3 for adjusting the flow rate is provided downstream thereof.
1 is provided. A check valve 32 is interposed between the blow-off valve 27 and the throttle 31, and a pipe 33 having one end connected to the cooling pipe 22 is connected to the blow-off tube 30.
【００３１】この実施例では、通常の負荷運転時には吸
込管４から吸込まれた空気は初段圧縮機１ａで昇圧され
た後、中間空気冷却器５ａで冷却されて２段目圧縮機１
ｂに吸込まれる。２段目圧縮機１ｂでさらに昇圧された
圧縮空気は、空気冷却器５ｂで冷却された後、逆止弁２
６を通ってレシーバタンク２９に入り、プロセス（図示
せず）に送られる。In this embodiment, during normal load operation, the air sucked from the suction pipe 4 is boosted by the first stage compressor 1a, and then cooled by the intermediate air cooler 5a to be cooled by the second stage compressor 1a.
sucked into b. The compressed air further pressurized by the second stage compressor 1b is cooled by an air cooler 5b,
6, through a receiver tank 29 and sent to a process (not shown).
【００３２】中間空気冷却器５ａで冷却された圧縮空気
の一部は、配管２２、３４を経由してタービン２４に導
かれ、ブロワ２３を駆動する。このブロワ２３で０．１
〜０．５ｋｇ／ｃｍ2ｇまで昇圧された空気は、配管２
５により高周波電動機２に導かれ、高周波電動機２を冷
却した後、大気に開放される。A part of the compressed air cooled by the intermediate air cooler 5a is guided to the turbine 24 via the pipes 22 and 34, and drives the blower 23. 0.1 with this blower 23
Air pressurized to 0.5 kg / cm 2 g
After being guided to the high-frequency motor 2 by 5 and cooling the high-frequency motor 2, it is opened to the atmosphere.
【００３３】本実施例では、負荷運転時には、初段圧縮
機１ａの空気を利用してタービン２４を回転させ、この
タービン２４によりブロワ２３を駆動する。タービン２
４の出力Ｐｗｔとブロワ２３の消費動力Ｐｗｃとは次式
（２）（３）で表わせる。In this embodiment, during load operation, the turbine 24 is rotated by using the air of the first stage compressor 1a, and the blower 23 is driven by the turbine 24. Turbine 2
4 and the power consumption Pwc of the blower 23 can be expressed by the following equations (2) and (3).
【００３４】 Ｐｗｔ＝ＧｔＨａｄｔηｔ …（２） Ｐｗｃ＝ＧｃＨａｄｃ／ηｃ …（３） Ｇｔ：タービン重量流量 Ｇｃ：ブロワ重量流量 ηｔ：タービン効率 ηｃ：ブロワ効率 また、Ｈａｄｔはタービン断熱ヘッド、Ｈａｄｃはブロ
ワ断熱ヘッドであり、次式（４）（５）で定義される。Pwt = GtHadtηt (2) Pwc = GcHadc / ηc (3) Gt: Turbine weight flow rate Gc: Blower weight flow rate ηt: Turbine efficiency ηc: Blower efficiency Hadt is a turbine heat insulation head, and Hadc is a blower heat insulation head. And is defined by the following equations (4) and (5).
【００３５】 Ｈａｄｔ∝（１−（Ｐ２ｔ／Ｐ１ｔ）E） …（４） Ｈａｄｃ∝（（Ｐ２ｃ／Ｐ１ｃ）E−１） …（５） Ｐ２：出口圧力 Ｐ１：入口圧力 Ｅ：定数 Ｐ２ｔ／Ｐ１ｔ：膨張比 タービン２４とブロワ２３とは両者が釣り合った状態
（Ｐｗｔ＝Ｐｗｃ）で運転されるので、ブロワ２３の流
量は次式（６）で表わせる。 Ｇｃ＝Ｇｔ（Ｈａｄｔ／Ｈａｄｃ）（ηｔ・ηｃ） …（６） タービン２４の断熱ヘッド（膨張比）は大きく、プロワ
２３の断熱ヘッドは小さいので、少ないタービン流量
で、冷却に必要なプロワ２３の流量を達成できる。Hadt∝ (1- (P2t / P1t) E ) (4) Hadc∝ ((P2c / P1c) E -1) (5) P2: Outlet pressure P1: Inlet pressure E: Constant P2t / P1t: Since the expansion ratio turbine 24 and the blower 23 are operated in a state where both are balanced (Pwt = Pwc), the flow rate of the blower 23 can be expressed by the following equation (6). Gc = Gt (Hadt / Hadc) (ηt · ηc) (6) Since the adiabatic head (expansion ratio) of the turbine 24 is large and the adiabatic head of the blower 23 is small, it is possible to cool the blower 23 necessary for cooling with a small turbine flow rate. Flow rates can be achieved.
【００３６】したがって、高周波電動機２の冷却に使用
する圧縮機の空気流量は、ターボ圧縮機の空気をそのま
ま冷却に使用する従来のものに比べて格段に小さくな
り、ターボ圧縮機の効率が大幅に向上する。Accordingly, the air flow rate of the compressor used for cooling the high-frequency motor 2 is much smaller than that of the conventional compressor which uses the air of the turbo compressor for cooling, and the efficiency of the turbo compressor is greatly increased. improves.
【００３７】この実施例では、レシーバタンク２９の圧
力が所定の範囲にある場合には、通常の負荷運転が行わ
れる。しかしながら、プロセスでの空気の使用量が減り
レシーバタンク２９の圧力が上限値を越えた場合、負荷
運転から無負荷運転に切り替えられる。無負荷運転では
放風弁２７が開かれ、一部の圧縮空気は放風されるが、
残りの圧縮空気は放風管３０を通り、さらに一部圧縮空
気は配管３３、３４によりタービン２４に導かれ、ブロ
ワ２３を駆動する。このブロワ２３で昇圧された圧縮空
気は、配管２５により高周波電動機２に導かれるので、
無負荷運転時にも高周波電動機２を冷却することができ
る。In this embodiment, when the pressure in the receiver tank 29 is within a predetermined range, normal load operation is performed. However, when the amount of air used in the process decreases and the pressure in the receiver tank 29 exceeds the upper limit, the operation is switched from the load operation to the no-load operation. In the no-load operation, the blow-off valve 27 is opened, and some compressed air is blown off.
The remaining compressed air passes through the air discharge pipe 30, and a part of the compressed air is guided to the turbine 24 by the pipes 33 and 34 to drive the blower 23. The compressed air pressurized by the blower 23 is guided to the high-frequency motor 2 by the pipe 25,
The high-frequency motor 2 can be cooled even during no-load operation.
【００３８】なお、本実施例では、冷却空気は高周波電
動機２を冷却した後、大気に開放されているが、配管に
よりターボ圧縮機の吸込部に導いてもよい。In this embodiment, the cooling air is released to the atmosphere after cooling the high-frequency motor 2, but it may be guided to the suction part of the turbo compressor by piping.
【００３９】また、本実施例では、放風された空気の一
部を大気に開放したが、騒音低減のため、この空気をタ
ーボ圧縮機の吸込部に導いてもよい。In this embodiment, a part of the blown air is opened to the atmosphere. However, this air may be led to the suction part of the turbo compressor for reducing noise.
【００４０】図６は、本発明に係るターボ圧縮機の第５
の実施例の系統図を示す。本実施例によるターボ圧縮機
は、図５の実施例とほぼ同じであるが、次の点が異な
る。FIG. 6 shows a fifth embodiment of the turbo compressor according to the present invention.
1 shows a system diagram of an embodiment of the present invention. The turbo compressor according to the present embodiment is almost the same as the embodiment of FIG. 5, but differs in the following points.
【００４１】中間空気冷却器５ａの下流には、途中に絞
り部２０、逆止弁２１の介在する空気を取り出すための
配管２２が設けられ、この配管２２はブロワ２３を駆動
するためのタービン２４に接続されている。ブロワ２３
の下流には、このブロワ２３の圧縮空気を高周波電動機
２に導くための配管２５が接続されている。また、ター
ビン２４の下流には、他端が配管２５に接続された配管
３５が設けられている。Downstream of the intermediate air cooler 5a, there is provided a pipe 22 for taking out air interposed by the throttle section 20 and the check valve 21. The pipe 22 is a turbine 24 for driving a blower 23. It is connected to the. Blower 23
A pipe 25 for guiding the compressed air of the blower 23 to the high-frequency motor 2 is connected downstream of the blower 23. Further, a pipe 35 having the other end connected to the pipe 25 is provided downstream of the turbine 24.
【００４２】この実施例では、負荷運転時には吸込管４
から吸込まれた空気は初段圧縮機１ａで昇圧された後、
空気冷却器５ａで冷却され、２段目圧縮機１ｂに吸込ま
れる。２段目圧縮機１ｂでさらに昇圧された圧縮空気
は、空気冷却器５ｂで冷却された後、逆止弁２６を通
り、レシーバタンク２９に入り、プロセスに送られる。
中間空気冷却器５ａで冷却された空気の一部は、配管２
２、３４によりタービン２４に導かれ、ブロワ２３を駆
動する。このブロワ２３で昇圧された圧縮空気とタービ
ン２４から排出された空気とは合流点で合流し、配管２
５により高周波電動機２に導かれ、電動機２を冷却した
後、大気に開放される。In this embodiment, the suction pipe 4 is operated during the load operation.
Is sucked up by the first stage compressor 1a,
The air is cooled by the air cooler 5a and is sucked into the second stage compressor 1b. The compressed air further pressurized by the second-stage compressor 1b is cooled by the air cooler 5b, passes through the check valve 26, enters the receiver tank 29, and is sent to the process.
Part of the air cooled by the intermediate air cooler 5a is
The blower 23 is driven by the turbines 2 and 34 to drive the blower 23. The compressed air pressurized by the blower 23 and the air discharged from the turbine 24 join at a junction, and the pipe 2
After being guided to the high-frequency motor 2 by 5 and cooling the motor 2, it is opened to the atmosphere.
【００４３】本実施例では、高周波電動機２の冷却にブ
ロワ２３の空気だけでなく、タービン２４から排出され
る空気も使用する。このため、ブロワ２３の空気量、し
たがってタービン２４に流すターボ圧縮機の空気量を図
５の実施例よりも減らすことができる。In this embodiment, not only the air of the blower 23 but also the air discharged from the turbine 24 is used for cooling the high-frequency motor 2. For this reason, the air amount of the blower 23, that is, the air amount of the turbo compressor flowing to the turbine 24 can be reduced as compared with the embodiment of FIG.
【００４４】さらに、タービン２４に流入した圧縮空気
は、タービン２４にエネルギを与えるため、排出される
空気の温度は入口よりも低くなる。したがって、ブロワ
２３とタービン２４とから排出されて混合された空気の
温度は、図５の実施例よりも低くなるので、冷却に使用
する空気量を低減することができる。したがって、図５
の実施例に比べ冷却に使用するターボ圧縮機の流量が減
少し、ターボ圧縮機の効率が大幅に向上する。Further, since the compressed air flowing into the turbine 24 gives energy to the turbine 24, the temperature of the discharged air is lower than that of the inlet. Therefore, the temperature of the air discharged and mixed from the blower 23 and the turbine 24 is lower than that in the embodiment of FIG. 5, so that the amount of air used for cooling can be reduced. Therefore, FIG.
As compared with the embodiment, the flow rate of the turbo compressor used for cooling is reduced, and the efficiency of the turbo compressor is greatly improved.
【００４５】なお、無負荷運転では放風弁２７が開か
れ、一部の圧縮空気は放風されるが、残りの圧縮空気は
放風管３０を通り、さらに一部圧縮空気は配管３３、３
４によりタービン２４に導かれてブロワ２３を駆動す
る。このブロワ２３で昇圧された圧縮空気とタービン２
４から排出される空気とは合流点で合流し、配管３５に
より高周波電動機２に導かれ、高周波電動機２を冷却す
る。したがって、無負荷運転にも負荷運転時と同様、高
周波電動機２を冷却することができる。In the no-load operation, the blow-off valve 27 is opened and a part of the compressed air is blown out. 3
4 drives the blower 23 by being guided to the turbine 24. The compressed air pressurized by the blower 23 and the turbine 2
The air discharged from 4 joins at the junction, is guided to high frequency motor 2 by pipe 35, and cools high frequency motor 2. Therefore, the high-frequency motor 2 can be cooled during the no-load operation as well as during the load operation.
【００４６】[0046]
【発明の効果】本発明によれば、高周波電動機で駆動さ
れるターボ圧縮機の電動機あるいは電動機と磁気軸受の
冷却に、低圧のブロワの空気を使用するため、従来に比
べ冷却空気を圧縮するための動力が減少し、圧縮機シス
テムの動力が向上する。According to the present invention, low-pressure blower air is used for cooling the electric motor of the turbo compressor driven by the high-frequency electric motor or the electric motor and the magnetic bearing. And the power of the compressor system is improved.
【００４７】また、本発明によれば、高周波電動機で駆
動されるターボ圧縮機の電動機あるいは電動機と磁気軸
受の冷却に、圧縮機の空気により駆動されるタービンで
ブロワを回し、そのブロワの空気だけ、あるいはブロワ
の空気及びタービンから排出される空気を使用するの
で、従来のターボ圧縮機より少ない圧縮空気量で電動機
の冷却が可能になり、ターボ圧縮機の効率が向上する。According to the present invention, the blower is rotated by the turbine driven by the air of the compressor to cool the electric motor of the turbo compressor driven by the high frequency motor or the electric motor and the magnetic bearing, and only the air of the blower is used. Alternatively, since the air from the blower and the air discharged from the turbine are used, the electric motor can be cooled with a smaller amount of compressed air than the conventional turbo compressor, and the efficiency of the turbo compressor is improved.
【図１】本発明に係るターボ圧縮機の第１の実施例の系
統図。FIG. 1 is a system diagram of a first embodiment of a turbo compressor according to the present invention.
【図２】図１の実施例のターボ圧縮機の縦断面図。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the turbo compressor according to the embodiment of FIG.
【図３】本発明に係るターボ圧縮機の第２の実施例の電
動機及び冷却用ブロワの主要部分図。FIG. 3 is a main partial view of an electric motor and a cooling blower of a second embodiment of the turbo compressor according to the present invention.
【図４】本発明に係るターボ圧縮機の第３の実施例の電
動機及び冷却用ブロワの主要部分図。FIG. 4 is a main part view of an electric motor and a cooling blower of a third embodiment of the turbo compressor according to the present invention.
【図５】本発明に係るターボ圧縮機の第４の実施例の系
統図。FIG. 5 is a system diagram of a fourth embodiment of the turbo compressor according to the present invention.
【図６】本発明に係るターボ圧縮機の第５の実施例の系
統図。FIG. 6 is a system diagram of a fifth embodiment of the turbo compressor according to the present invention.
１ａ…初段圧縮機、１ｂ…２段目圧縮機、２，８…電動
機、３，１９…高周波インバータ、４…吸込管、５ａ…
中間空気冷却器、５ｂ…空気冷却器、６，１０，２２，
２５，３３，３４，３５…配管、７…吐出管、９，２３
…ブロワ，１１…ケーシング、１２ａ，１２ｂ…ラジア
ル磁気軸受、１３…ロータ、１４…回転子、１５…ステ
ータ、１６ａ…初段用羽根車、１６ｂ…２段目用羽根
車、１７…スラスト磁気軸受、１８ａ…冷却空気導入
孔、１８ｂ，１８ｃ…導入孔、２０，３１…絞り部、２
１，２６，３２…逆止弁、２４…タービン、２７…放風
弁、２８…制御装置、２９…レシーバタンク、３０…放
風管。1a: First stage compressor, 1b: Second stage compressor, 2, 8 ... Electric motor, 3,19 ... High frequency inverter, 4 ... Suction pipe, 5a ...
Intermediate air cooler, 5b ... air cooler, 6, 10, 22,
25, 33, 34, 35 ... piping, 7 ... discharge pipe, 9, 23
... Blower, 11 ... Casing, 12a, 12b ... Radial magnetic bearing, 13 ... Rotor, 14 ... Rotor, 15 ... Stator, 16a ... First stage impeller, 16b ... Second stage impeller, 17 ... Thrust magnetic bearing, 18a: cooling air introduction holes, 18b, 18c: introduction holes, 20, 31: throttle portion, 2
1, 26, 32: check valve, 24: turbine, 27: blow-off valve, 28: control device, 29: receiver tank, 30: blow-out tube.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 一樹 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 福島 康雄 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 高橋 直彦 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 Ｆターム(参考） 3H035 AA01 AA06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kazuki Takahashi 603, Kandamachi, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref. Inside the Tsuchiura Plant, Hitachi, Ltd. Inside the Tsuchiura Plant (72) Inventor Naohiko Takahashi 603, Kandamachi, Tsuchiura-shi, Ibaraki Prefecture F-term in the Tsuchiura Plant, Hitachi, Ltd. 3H035 AA01 AA06
Claims (7)
する高周波電動機と、その電動機により駆動される少な
くとも２段の遠心圧縮機段を有するターボ圧縮機におい
て、 電動機を冷却する空気を、少なくとも一部は圧縮機以外
の外部装置から導くことを特徴とするターボ圧縮機。1. A high-frequency motor driven by an inverter and cooled by using air, and a turbo compressor having at least two centrifugal compressor stages driven by the motor, wherein at least a part of air cooled by the motor is cooled. Is a turbo compressor, which is derived from an external device other than the compressor.
支持された空気を用いて冷却する高周波電動機と、その
電動機により駆動される少なくとも２段の遠心圧縮機段
を有するターボ圧縮機において、 電動機及び磁気軸受を冷却する空気を、少なくとも一部
は圧縮機以外の外部装置から導くことを特徴とするター
ボ圧縮機。2. A high-frequency motor driven by an inverter and cooled by using air supported by a magnetic bearing, and a turbo compressor having at least two centrifugal compressor stages driven by the motor. A turbo compressor, wherein air for cooling a bearing is guided at least partially from an external device other than the compressor.
用いることを特徴とする請求項１もしくは２のいずれか
に記載のターボ圧縮機。3. The turbo compressor according to claim 1, wherein a blower driven by an electric motor is used as the external device.
風機を用いることを特徴とする請求項１もしくは２のい
ずれかに記載のターボ圧縮機。4. The turbo compressor according to claim 1, wherein a blower driven by a high-frequency motor is used as the external device.
の空気で駆動される膨脹タービン駆動される送風機を用
いることを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに
記載のターボ圧縮機。5. The turbo compressor according to claim 1, wherein an expansion turbine driven blower driven by air downstream of one of the compressors is used as the external device.
の空気で駆動される膨脹タービン駆動される送風機の空
気とタービンから排出される空気とを用いることを特徴
とする請求項１もしくは２のいずれかに記載のターボ圧
縮機。6. An air conditioner according to claim 1, wherein the external device uses air from a blower driven by an expansion turbine driven by air downstream of one of the compressors and air discharged from the turbine. The turbo compressor according to any one of the above.
の空気で駆動される膨脹タービン駆動される送風機と高
周波電動機駆動の送風機とを用いることを特徴とする請
求項１もしくは２のいずれかに記載のターボ圧縮機。7. An external device comprising: a blower driven by an expansion turbine driven by air downstream of any one of the compressors; and a blower driven by a high-frequency electric motor. The turbo compressor as described.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10208823A JP2000046000A (en) | 1998-07-24 | 1998-07-24 | Turbo compressor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10208823A JP2000046000A (en) | 1998-07-24 | 1998-07-24 | Turbo compressor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000046000A true JP2000046000A (en) | 2000-02-15 |
Family
ID=16562713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10208823A Pending JP2000046000A (en) | 1998-07-24 | 1998-07-24 | Turbo compressor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000046000A (en) |
Cited By (6)
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-
1998
- 1998-07-24 JP JP10208823A patent/JP2000046000A/en active Pending
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