JP2002349463A - 給油式スクリュー圧縮機とその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転数制御方式の給油式スクリュー圧縮機の
軸封装置から洩れでた潤滑油の回収能力の不十分な負荷
領域を解消する。 【解決手段】 軸封装置３の外側のメカニカルシール外
部溝１１底部と吸入弁２の１次側を回収用配管４で接続
し、この回収用配管４と吸入弁２の２次側を逆止弁５を
介して接続する回収用配管４Ａを設け、回収用配管４Ａ
には回収能力を調整する絞りを設ける。さらにあらかじ
め記憶させた運転状況に応じ吸入弁２を予め定めた時間
閉止する潤滑油回収制御装置を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は給油式スクリュー圧
縮機とその制御方法に係り、特に、軸封装置からの油の
回収技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、軸が互いに平行でかつねじり方向
が逆をなす雄雌１組のスクリューローターと、これらス
クリューローターを微小の隙間を介して収容するボアを
有し、かつこのボアの一方の端面に吸気口が、他方の端
面に吐出口が形成されたケーシングとを備え、負荷調整
のためのインバータと吸入弁を設けた回転数制御給油式
スクリュー圧縮機が知られている。この回転数制御給油
式スクリュー圧縮機では、駆動のために雄（オス）ロー
ターの吸気側軸端をケーシングの外部へ延長し、プーリ
またはカップリングが取付られている。ケーシングの内
部にはローターを支持する軸受があり、この軸受は潤滑
のために給油されている。このため、そのオスローター
吸気側軸が前記ケーシングを貫通する個所に軸封装置を
設け、潤滑油がケーシング外に漏れ出さないようにシー
ルを行なう。しかし、軸封装置からは僅かではあるが潤
滑油の漏れ出しがあるので、この漏れ出した潤滑油を一
時貯留する溝を軸封装置の外側に設け、この溝を吸入弁
の１次側（入り側）に接続する回収用配管を使用し、吸
入弁を通過する空気により生じる負圧と軸封装置外部の
大気圧との差圧を利用して前記溝に溜まる潤滑油を回収
していた。

【０００３】また、軸封装置からの潤滑油回収装置の従
来技術としては、例えば特開平９−８８８６０号公報に
記載の技術がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、軸
封装置から洩れ出た油は、その外部の溝に集められたの
ち、回収用配管を経て吸入弁１次側に生じる負圧によっ
て吸い上げられ、吸入弁を通って再び圧縮機本体へと回
収される。

【０００５】空気圧縮機の一般的な容量調整方法である
吸込み絞り弁方式では、空気量の調整のため吸入弁の開
度を全開から全閉まで無段階に調整するため、空気使用
量の少ない低負荷になっても潤滑油回収のための吸入弁
１次側の負圧は十分にある。

【０００６】一方、回転数制御方式の場合、空気使用量
に合わせた容量調整は、圧縮機本体の回転数を変化させ
て行われるため、吸入弁の開度調整は行なわれない。し
たがって、潤滑油回収先の吸入弁１次側の負圧は、吸入
弁開度が変化しないため、全負荷状態を最高にして回転
数が低下する低負荷ほど低くなり潤滑油回収能力は低下
する。図４に圧縮機回転数と圧縮機吸込負圧の関係を示
す。図４に示す通り、全負荷運転時には十分な負圧によ
り潤滑油回収能力を発揮してきた回収用配管もユーザー
の空気使用量の減少に応じて圧縮機本体の回転数が減速
して低回転数になると、吸入弁を通過する空気量が減少
し吸入弁１次側の負圧が減少する。吸入弁開度は、回転
数制御範囲全域で全開のまま一定であるため、低回転数
時には２次側の負圧も同様に減少していく。従って、あ
る回転数Ａ以下の運転領域において潤滑油の回収に十分
な吸入弁１次側の負圧の確保ができず回収能力不足とな
る。このため、ある負荷領域以下の運転状態が続くと、
充分な潤滑油回収能力が発揮できなくなる可能性があっ
た。また、回収できなかった潤滑油は外部へと飛散し、
駆動用ベルトに付着しスリップを誘発することもある。

【０００７】本発明の目的は、回転数制御方式の給油式
スクリュー圧縮機の軸封装置から洩れでた潤滑油の回収
能力の不十分な負荷領域を解消することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】潤滑油の回収能力を維持
するためには、回収用配管の下流端の負圧を維持するよ
うにすればよい。発明者等は、吸入弁の２次側に回収用
配管を接続すれば、吸入弁の閉止により回収用配管の下
流端の負圧を維持できることに着目し、本発明に至っ
た。

【０００９】すなわち、本発明は上記課題を達成するた
めに、遠隔操作による開閉が可能な吸入弁を備え、回転
数を変化させて容量制御を行う給油式スクリュー圧縮機
において、軸封装置外部に漏れ出した潤滑油を溜めるた
めに設けられた溝部等の貯留手段と、この貯留手段と吸
入弁の一次側を接続する回収用配管と、この回収用配管
と前記吸入弁の２次側を逆止弁を介して接続する回収用
配管分岐管と、前記回収用配管の潤滑油回収能力が不足
していると判断したとき、前記吸入弁を所定の時間閉止
する潤滑油回収制御手段とを設けたことを特徴とする。

【００１０】回収用配管の潤滑油回収能力が不足してい
るかどうかの判断は、圧縮機回転数が予め定めた回転数
よりも低くなっているかどうか、吸入弁の圧力が予め定
められた圧力よりも高くなっていないかどうか、あるい
は、前記溝部の油面の位置が予め定めた位置よりも高く
なっていないかどうか、などの基準を用いることが可能
である。

【００１１】また、前記回収用配管分岐管には、回収能
力を調整するために絞り機構を設けるのが望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を用い
て説明する。図１は本実施の形態の回転数制御給油式ス
クリュー圧縮機の系統図である（ただし、油分離装置、
給油系統等は省略してある）。図示の回転数制御給油式
スクリュー圧縮機は、給油式スクリュー圧縮機本体１
と、給油式スクリュー圧縮機本体１を駆動する駆動用電
動機７と、電動機７の回転数を制御するインバータ８
と、給油式スクリュー圧縮機本体１の空気吸込み側に結
合された開閉可能な吸入弁２と、インバータ８から出力
される信号に基づいて前記吸入弁２を開閉する潤滑油回
収制御手段である潤滑油回収制御装置９と、給油式スク
リュー圧縮機本体１と前記吸入弁を接続する回収用配管
４及び回収用配管分岐管４Ａと、を含んで構成されてい
る。

【００１３】給油式スクリュー圧縮機本体１は、軸が互
いに平行でかつねじり方向が逆をなす雄雌１組のスクリ
ューローターと、これらスクリューローターを微小の隙
間を介して収容するボアを有し、かつこのボアの一方の
端面に吸気口が、他方の端面に吐出口が形成されたケー
シングとを備えている。駆動のために雄（オス）ロータ
ーの吸気側軸端はケーシングの外部へ延長され、プーリ
またはカップリングが取付られている（図２はプーリが
取りつけられた例である）。ケーシングの内部にはロー
ターを支持する軸受があり、この軸受は潤滑のために給
油されている。このため、そのオスローター吸気側軸が
前記ケーシングを貫通する個所に軸封装置３が設けら
れ、潤滑油がケーシング外に漏れ出さないようにシール
している。しかし、軸封装置３からは僅かではあるが潤
滑油の漏れ出しがあるので、この漏れ出した潤滑油を一
時貯留するメカニカルシール外部溝１１を軸封装置の外
側に設けてある。

【００１４】図２は、給油式スクリュー圧縮機本体１と
給油式スクリュー圧縮機本体１に結合された吸入弁２を
示す一部破断側面図である。吸入弁２は、横方向から流
入した空気を下方に流出させるよう構成され、流出方向
と直交する方向に形成された弁座２５に対してその下面
に弁体２４が当接して弁を閉止するようになっている。
弁座２５の上方に空洞部を備えたシリンダ２６が軸線を
上下方向にして設けられ、この空洞部に、軸線に沿って
上下に摺動するピストン２４Ａが内装されている。ピス
トン２４Ａ下面には前記軸線方向に延びるピストンロッ
ドが結合され、このピストンロッドは前記シリンダ２６
下端を貫通して前記弁体２４上面に結合されている。前
記シリンダ内部には、ピストン２４Ａ下面とシリンダ底
面の間に介装されてピストン２４Ａを上方に付勢するバ
ネ２３が設けられている。また、図示のようにシリンダ
下部には内径が前記ピストン２４Ａの外径よりも小さく
なった段差部が形成され、そこがピストン２４Ａの下降
下限となっている。なお、前記シリンダ２６の下端部と
前記弁座２５の間には空気流路となる隙間が設けられ、
弁開状態では、横方向から流入した空気は、この隙間を
経て弁座の開口に流入するようになっている。

【００１５】ピストン２４Ａは、その上下の面に加わる
圧力とバネ２３の弾発力の合力で上下に動き、弁体２４
は開閉２位置を取るようになっている。シリンダには図
示されていないが、ピストン２４Ａの下降下限よりも下
の部分（下部区画）に圧縮機の吐出空気を導入する加圧
管路と、前記下部区画の内圧を放出する排気管路が設け
られ、それぞれに電磁弁が介装されている。同様に、シ
リンダの上昇上限位置よりも上の部分（上部区画）に
は、圧縮機の吐出空気を導入する加圧管路と、前記上部
区画の内圧を放出する排気管路が設けられ、それぞれに
電磁弁が介装されている。前記下部区画、上部区画に接
続された加圧管路、排気管路の電磁弁は、前記潤滑油回
収制御装置９により開閉制御されるようになっている。
なお、下部区画に圧縮機の吐出空気を導入する加圧管路
を省き、上部区画に接続された加圧管路の電磁弁を閉
じ、排気管路の電磁弁を開いてバネ２３の力で弁体２４
を上昇させて弁を閉じるように構成することも可能であ
る。

【００１６】給油式スクリュー圧縮機本体１の吸気側軸
の軸封装置３の近くに設けられたメカニカルシール外部
溝１１と吸入弁２の１次側（吸入弁１次側ポート２１）
とが回収用配管４でを連通され、この回収用配管４と吸
入弁２の２次側（吸入弁２次側ポート２１）とが逆止弁
５を介して回収用配管分岐管４Ａで連通されている。こ
こでは「吸入弁１次側」とは内部の弁座より上流側を指
し、「同２次側」とは弁座より下流側でかつ圧縮室入口
までを指す。なお、逆止弁５は、吸入弁２から回収用配
管４に向かう流れを止めるものである。また、逆止弁５
と吸入弁２の間には、回収能力を調整するための絞り６
が設けられているが、場合によっては省いてもよい。

【００１７】通常運転時では、吸入弁は全開状態にあ
り、閉止運転（吸入空気を制限し、かつ圧縮エアを外部
に放出しながら運転する方式。消費電力抑制に効果があ
る。減圧運転・パージ運転ともいう）時には弁を全閉す
る。また、圧縮機の停止時には吸入弁は全閉にし、圧縮
機本体内を逆流してきた潤滑油を外部に漏らさない逆止
機能も果たす。

【００１８】図３は軸封装置にメカニカルシールを用い
た場合の部分断面図である。給油式スクリュー圧縮機本
体１の吸気側軸には例えばメカニカルシールなどの軸封
装置３が設けられ、ここより外部に洩れ出した潤滑油を
一時溜めておくためのメカニカルシール外部溝１１を備
える。前記回収用配管４は、このメカニカルシール外部
溝１１の底部を吸入弁２の１次側ポート２１に接続す
る。

【００１９】この構成により、吸入弁２を通過する空気
により生じる負圧と軸封装置外部の大気圧との差圧を利
用して前記メカニカルシール外部溝１１に溜まる潤滑油
を吸入弁２に回収する。

【００２０】以下、上記構成の実施の形態の動作につい
て説明する。

【００２１】圧縮機停止状態では、上部区画に圧縮機の
吐出空気を導入する加圧管路の電磁弁が開かれ、上部区
画の内圧を放出する排気管路の電磁弁は閉じられてい
る。一方、下部区画に圧縮機の吐出空気を導入する加圧
管路の電磁弁は閉じられ、下部区画の内圧を放出する排
気管路の電磁弁は開かれている。弁体２４は、バネ２３
に付勢されて上昇し、吸入弁２は閉じられている。

【００２２】圧縮機が起動されると、吸入弁２の２次側
が負圧となり、前記上部区画には、圧縮機内の空気が圧
縮されて導入され、この圧力差による弁開方向の力がバ
ネ２３の力よりも強くなって弁体２４が下降する。すな
わち、吸入弁２が開いて通常運転が開始される。

【００２３】図４に示す通り、ある回転数Ａ以下の運転
領域において潤滑油の回収に十分な負圧の確保ができず
回収不足となる。なお、回転数制御方式の場合、回転数
制御可能な最低回転数（図４のＢ）があり、それ以下の
回転数での回転数による容量制御は行なわれない。本実
施の形態では、この回収能力が維持できなくなる回転数
Ａをあらかじめ潤滑油回収制御装置９に記憶し、インバ
ータ８から運転回転数を表す信号を潤滑油回収制御装置
９に出力する。潤滑油回収制御装置９は、インバータ８
から出力される前記信号に基づいて運転回転数を常に監
視する。

【００２４】図５に本実施の形態に係る潤滑油回収の運
転制御タイムチャートを示す。潤滑油回収制御装置９は
常時監視している運転回転数が回転数Ａを下回った時
に、運転切り替えのための内蔵タイマーをスタートさ
せ、Ｔ１時間経過後に閉止運転に切り替える。切り替え
の際、潤滑油回収制御装置９は、前記下部区画の加圧管
路の電磁弁を開いて排気管路の電磁弁を閉じ、前記上部
区画の加圧管路の電磁弁を閉じて排気管路の電磁弁を開
く。すなわち、閉止運転では吸入弁２は全閉状態となり
吸入空気はゼロとなる。この状態では、吸入弁１次側に
負圧は生じないが、吸入弁２が全閉となるので同２次側
負圧は十分にあり、この２次側負圧が逆止弁５を介して
回収用配管４に加わるので、潤滑油の回収は継続され
る。

【００２５】潤滑油の回収のための閉止運転継続時間Ｔ
２は、油の貯留量と閉止運転時の油回収能力を勘案して
あらかじめ設定し、閉止運転への切り替え時間Ｔ１と継
続時間Ｔ２は潤滑油回収制御装置にあらかじめ記憶させ
ておく。閉止運転継続時間Ｔ２は、１５〜６０秒程度で
よい。閉止運転への切り替え時間Ｔ１は、回転数Ａ付近
で回転数が瞬間的に回転数Ａ以下になりまたすぐに回転
数Ａ以上になるようなときに、閉止運転に切り換わるよ
うな事態を避けるため、つまり運転の安定性を保つため
に設定される。

【００２６】潤滑油回収制御装置９は、閉止運転に切り
替えたら、前記内蔵タイマーをリセットしてスタートさ
せ、閉止運転継続時間Ｔ２経過後、再び回転数制御に復
帰する。このとき、潤滑油回収制御装置９は、前記下部
区画の加圧管路の電磁弁を閉じて排気管路の電磁弁を開
き、前記上部区画の加圧管路の電磁弁を開いて排気管路
の電磁弁を閉じる。これにより吸入弁２は開かれ、空気
の吸入、圧縮が再開される。

【００２７】閉止運転中は圧縮空気負荷側への圧縮空気
の供給が一時停止されるから、閉止運転への切り替え時
には、吐出圧力を一旦上昇させてから閉止運転への切り
替えを行うと、上昇した圧力分だけ余分に空気が負荷側
に供給されているため、負荷側での圧縮空気使用時間が
稼げ、閉止運転時間が長くとれるため有効である。

【００２８】上記実施の形態では圧縮機回転数を監視し
て閉止運転に切り替えるが、潤滑油回収は圧縮機負圧を
利用しているから、負圧を測定する真空センサを吸入弁
２の１次側に取り付け、潤滑油回収制御装置９に設定し
た負圧になったとき閉止運転に切り替える方式としても
よい。この場合、吸入弁２に発生する負圧で直接的に回
収制御を実施するため回収精度があがり、圧縮機機種に
応じた個別設定（回転数設定）が不要となるため部品の
共用化ができる副次的なメリットもある。負圧を測定す
る真空センサは、吸入弁２の２次側に取り付けてもよい
が、２次側に取り付けると、閉止運転に切り換わるたび
に急激な圧力変化に曝され、寿命維持の点で望ましくな
い。

【００２９】さらに、メカニカルシール外部溝１１な
ど、軸封装置から漏れ出た油を貯留する個所の油量を検
知するセンサを設け、このセンサがあらかじめ定められ
た上限油量を表す信号を出力したとき、閉止運転に切り
替える方式としてもよい。この場合は通常運転に復帰す
る方式として、タイマーにより通常運転に復帰する方
式、センサがあらかじめ定められた油量を表す信号を出
力したとき通常運転に復帰する方式のいずれの方式でも
採用可能である。

【００３０】潤滑油回収構造としては吸入弁２次側への
回収用配管を設けるのみで可能であるが、回収用配管４
と回収用配管分岐管４Ａを設けることで、圧縮機の停止
時において潤滑油を外部に漏らさないようにする効果が
ある。運転中、圧縮機本体内は吸込み側のほぼ大気圧状
態から吐出側の高圧状態と圧力勾配があるが、この状態
で停止すると吐出側の圧縮空気・潤滑油が吸込み側へと
逆流する。通常、この逆流スピードよりも早く吸入弁２
内の弁体２４を完全閉塞し、空気・潤滑油を圧縮機本体
の外へ漏らさないように制御している。このように高圧
の圧縮空気・潤滑油が逆流する吸入弁２次側に接続した
回収用配管分岐管４Ａには逆止弁５が取付てあるもの
の、逆止弁５の閉じ遅れにより若干量の漏れがある。こ
の漏れは圧力脈動となり回収用配管４へと逆流を始める
が、吸入弁１次側への配管と合流した地点で圧力が分散
され、メカニカルシール外部溝１１へは届かない。した
がってメカニカルシール外部溝１１から潤滑油が外部へ
飛び出すことはなく、メカニカルシール外部溝周辺は清
浄に保たれる。

【００３１】

【発明の効果】回転数制御の全域で軸封装置からの潤滑
油回収が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す系統図である。

【図２】図１に示す実施の形態の部分の詳細を示す配管
接続系統図である。

【図３】図２に示す実施の形態の軸封装置部分の詳細を
示す部分断面図である。

【図４】圧縮機回転数と吸込負圧の関係を示す概念図で
ある。

【図５】本発明の実施の形態に係る潤滑油回収制御タイ
ムチャートである。

【符号の説明】

１ 給油式スクリュー圧縮機本体 ２ 吸入弁 ３ 軸封装置（メカニカルシール） ４ 回収用配管 ４Ａ 回収用配管分岐管 ５ 逆止弁 ６ 絞り ７ 電動機 ８ インバータ ９ 潤滑油回収制御装置 １１ メカニカルシール外部溝 ２１ 吸入弁１次側ポート ２２ 吸入弁２次側ポート ２３ バネ ２４ 弁体 ２４Ａ ピストン ２５ 弁座 ２６ シリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 光幸 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所産業機器グループ内 (72)発明者 青木 優和 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所産業機器グループ内 Ｆターム(参考） 3H029 AA03 AA18 AA21 AB02 BB03 BB51 CC14 CC20 CC22 CC60 CC84

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遠隔操作による開閉が可能な吸入弁を備
   え、回転数を変化させて容量制御を行う給油式スクリュ
   ー圧縮機において、ローターの軸封装置から洩れ出た潤
   滑油を一時貯留する貯留手段と、この貯留手段と前記吸
   入弁の入り側を接続して貯留手段の潤滑油を吸入弁の入
   り側に回収する回収用配管と、この回収用配管と前記吸
   入弁の出側を逆止弁を介して接続し前記貯留手段の潤滑
   油を吸入弁の出側に回収する回収用配管分岐管と、前記
   回収用配管の潤滑油回収力が不足していると判断したと
   き、予め設定された時間だけ前記吸入弁を閉じる潤滑油
   回収制御手段と、を備えた給油式スクリュー圧縮機。
2. 【請求項２】 請求項１記載の給油式スクリュー圧縮機
   において、前記潤滑油回収制御手段は、圧縮機回転数が
   予め定めた回転数よりも低下したとき、回収用配管の潤
   滑油回収力が不足していると判断するよう構成されてい
   ることを特徴とする給油式スクリュー圧縮機。
3. 【請求項３】 請求項１記載の給油式スクリュー圧縮機
   において、前記潤滑油回収制御手段は、前記吸入弁入り
   側の圧力が予め定めた圧力よりも高くなったとき、回収
   用配管の潤滑油回収力が不足していると判断するよう構
   成されていることを特徴とする給油式スクリュー圧縮
   機。
4. 【請求項４】 請求項１記載の給油式スクリュー圧縮機
   において、前記潤滑油回収制御手段は、前記貯留手段の
   油面位置が予め定めた位置よりも高くなったとき、回収
   用配管の潤滑油回収力が不足していると判断するよう構
   成されていることを特徴とする給油式スクリュー圧縮
   機。
5. 【請求項５】 請求項１〜４の内のいずれか１項に記載
   の給油式スクリュー圧縮機において、前記回収用配管分
   岐管に絞り機構を設けたことを特徴とする給油式スクリ
   ュー圧縮機。
6. 【請求項６】 遠隔操作による開閉が可能な吸入弁と、
   ローターの軸封装置から洩れ出た潤滑油を一時貯留する
   貯留手段と前記吸入弁の入り側を接続する回収用配管
   と、この回収用配管と前記吸入弁の出側を逆止弁を介し
   て接続する回収用配管分岐管と、を備え、回転数を変化
   させて容量制御を行う給油式スクリュー圧縮機の制御方
   法において、圧縮機の回転数が予め定めた回転数以下に
   低下したとき、予め設定された時間だけ前記吸入弁を閉
   じることを特徴とする給油式スクリュー圧縮機の制御方
   法。