JP2005042635A

JP2005042635A - スクリュ圧縮機の運転方法

Info

Publication number: JP2005042635A
Application number: JP2003278467A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kubo; 和夫久保; Junichiro Totsuka; 順一朗戸塚
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】動力消費効率の向上を可能としたスクリュ圧縮機の運転方法を提供する。
【解決手段】吐出圧力と設定圧力との差をなくすために、圧縮機本体の駆動用モータの回転数が設定回転数よりも大の場合には、モータの回転数を調節する回転数制御を行い、回転数が低下して設定回転数に達した場合には、圧縮機本体の吸込み側に設けられた吸気調節弁の開閉によるロード・アンロード制御を行うスクリュ圧縮機の運転方法において、スクリュ圧縮機の周囲温度を検出し、設定回転数を、周囲温度及び設定圧力下における圧縮機使用可能なモータの回転数範囲の下限値に定めることにより設定回転数を可変としてある。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばインバータ制御されるモータを駆動部とするスクリュ圧縮機の運転方法に関するものである。

従来、スクリュ圧縮機の吐出圧力と設定圧力との差を打消すために回転数制御或いはロード・アンロード制御するようにした運転方法は公知である（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−０５４５７８号公報。

特許文献１には、圧縮機駆動用のモータの回転数が設定回転数よりも大きい場合には、吐出圧力と設定圧力との差を打消すために回転数制御を行い、上記回転数が低下し、上記設定回転数に達した場合には、ロード・アンロード制御に切換えるようにした運転方法が開示されている。

一般的に、スクリュ圧縮機の吐出圧力の調節は、図３に示すように、できるだけ消費動力を無駄にしない回転数制御によるのが好ましいが、スクリュ圧縮機の回転数の低下には限度があり、その下限値、即ち上記設定回転数以下の場合には、上記ロード・アンロード制御に切換えられる。なお、図３の横軸はスクリュロータ駆動用のモータの回転数を定格回転数に対する比とした回転数Ｎ（％）を表し、横軸上のＮ_０は上記設定回転数に対応する設定回転数で、縦軸は上記モータの消費動力を表している。回転数制御により吐出圧力を制御できるスクリュ圧縮機の回転数の範囲、即ち回転数制御範囲は、圧縮機の周囲温度と調節しようとする吐出圧力によって変化する。そして、許容可能な周囲温度、設定可能な吐出圧力、この周囲温度及び吐出温度によって定まる回転数制御範囲の三つのファクターにより限定される範囲がスクリュ圧縮機の使用可能範囲で、この使用可能範囲はできるだけ広いことが望まれる。

例えば、オイルフリースクリュ圧縮機について一例を挙げれば、設定可能な吐出圧力の範囲は０．３９ＭＰａ〜０．６９ＭＰａで、許容可能な周囲温度Ｔａの範囲は０℃〜４０℃となっている。さらに、これに加えて、上記モータの回転数Ｎ（％）との関係で上記使用可能範囲を示すと、図４のようになる。即ち、周囲温度Ｔａが４０℃の場合、上記使用可能範囲はハッチング部で示す点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで囲まれた部分となり、周囲温度Ｔａが０℃の場合、上記使用可能範囲は点Ａ’，Ｂ，Ｃ，Ｄ’で囲まれた部分となる。なお、図４の横軸は上記モータの回転数Ｎ（％）、縦軸は吐出圧力Ｐｄ（ＭＰａ）を示している。

上記特許文献１に記載の運転方法では、上記設定回転数は一定となっている。従って、例えば、上記設定回転数を定格回転数の４０％（回転数＝４０）にすると、周囲温度Ｔａ＝０℃の場合、吐出圧力が０．３９ＭＰａ〜０．６９ＭＰａの範囲で使用可能で問題はないが、周囲温度Ｔａ＝４０℃の場合、吐出圧力が高くなると使用可能範囲から外れてしまう。このため、周囲温度Ｔａ＝４０℃の場合において、吐出圧力が０．３９ＭＰａ〜０．６９ＭＰａの範囲で使用可能とするには、上記設定回転数を定格回転数の５０％（回転数＝５０）にする必要がある。

このように、上記設定回転数を大きくすると、スクリュ圧縮機の回転数制御範囲が狭くなるとともに、圧力一定の制御幅も狭くなり、エネルギー消費効率が低下するという問題が生じる。
本発明は、上記問題をなくすことを課題とし、動力消費効率の向上を可能としたスクリュ圧縮機の運転方法を提供しようとするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、吐出圧力と設定圧力との差をなくすために、圧縮機本体の駆動用モータの回転数が設定回転数よりも大の場合には、上記モータの回転数を調節する回転数制御を行い、上記回転数が低下して上記設定回転数に達した場合には、上記圧縮機本体の吸込み側に設けられた吸気調節弁の開閉によるロード・アンロード制御を行うスクリュ圧縮機の運転方法において、スクリュ圧縮機の周囲温度を検出し、上記設定回転数を、上記周囲温度及び上記設定圧力下における圧縮機使用可能な上記モータの回転数範囲の下限値に定めることにより上記設定回転数を可変とした。

本発明によれば、上記設定回転数が、上記周囲温度及び上記設定圧力下における圧縮機使用可能な範囲に対応して定められ、可変である故、回転数制御範囲が広がり、また圧力一定制御範囲も広がり、動力消費効率が向上するという効果を奏する。

次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明に係る運転方法が適用されるスクリュ圧縮機１を示し、このスクリュ圧縮機１における圧縮機本体１１に回転可能に収容された互いに噛合う雌雄一対の図示しないスクリュロータはインバータ１２を介して回転数制御されるモータ１３により駆動される。この圧縮機本体１１の吸込み側には、吸気調節弁１４が介設された吸込流路１５が接続され、その吐出側には、アフタークーラ１６、逆止弁１７が介設された吐出流路１８が接続されており、アフタークーラ１６の一次側における吐出流路１８の部分からは、放気弁１９が介設され、吸気調節弁１４を経て大気に通じる放気流路２１が分岐している。また、吸気調節弁１４より上流側の吸込流路１５の部分には温度検出可能に温度センサ２２が設けられ、逆止弁１７の二次側における吐出流路１８の部分には圧力検出可能に圧力センサ２３が設けられている。温度センサ２２からは検出された吸込温度、つまりスクリュ圧縮機１の周囲温度を示す温度信号が、また、圧力センサ２３からは検出された吐出圧力を示す圧力信号が制御手段２４に入力され、これらの信号に基づき、以下に述べるように、制御手段２４からインバータ１２或いは吸気調節弁１４に対して制御信号が出力され、回転数制御、或いはロード・アンロード制御が行われる。

次に、スクリュ圧縮機１に適用される上記運転方法について説明する。
スクリュ圧縮機１の設定可能な吐出圧力の上限圧力をＰ_Ｕ（ＭＰａ）、下限圧力をＰ_Ｌ（ＭＰａ）とし、許容可能な周囲温度Ｔａの上限温度をＴ_Ｕ（℃）、下限温度をＴ_Ｌ（℃）とすると、周囲温度ＴａがＴ_Ｕ以下でＴ_Ｌ以上の温度である場合、圧縮機使用可能範囲は図２におけるハッチング部で示す点Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖに囲まれた部分となる。なお、図２の横軸はモータ１３の回転数Ｎ、縦軸は吐出圧力Ｐｄ（ＭＰａ）を表している。
また、吐出圧力がＰ_Ｕのときの圧縮機使用可能なモータ１３の回転数の下限値をＮ_Ｕ、吐出圧力がＰ_Ｌのときの圧縮機使用可能なモータ１３の回転数の下限値をＮ_Ｌとすると、線分ＳＶを通る直線は次式で表される。
Ｐｄ＝｛（Ｐ_Ｕ−Ｐ_Ｌ）／（Ｎ_Ｕ−Ｎ_Ｌ）｝・Ｎ
＋（Ｐ_Ｕ・Ｎ_Ｌ−Ｐ_Ｌ・Ｎ_Ｕ）／（Ｎ_Ｌ−Ｎ_Ｕ）（１）

そこで、吐出圧力Ｐｄの予め目標値としてＰ_Ｕ以下で、かつＰ_Ｌ以上の設定圧力Ｐ_Ｃを定めておくと、このときの圧縮機使用可能なモータ１３の回転数の下限値である設定回転数Ｎ_Ｃは次式で表される。
Ｎ_Ｃ＝｛Ｐ_Ｃ−（Ｐ_Ｕ・Ｎ_Ｌ−Ｐ_Ｌ・Ｎ_Ｕ）／（Ｎ_Ｌ−Ｎ_Ｕ）｝
・｛（Ｎ_Ｕ−Ｎ_Ｌ）／（Ｐ_Ｕ−Ｐ_Ｌ）｝（２）

モータ１３の回転数がこの設定回転数Ｎ_Ｃよりも大の場合は、回転数制御が行われ、設定回転数Ｎ_Ｃ以下の場合はロード・アンロード制御が行われ、設定回転数Ｎ_Ｃは周囲温度Ｔａ、設定圧力Ｐ_Ｃに対応して上述のように変化する。
さらに詳述すれば、制御手段２４には、予め図２に関するデータが入力されており、温度センサ２２からの温度信号、圧力センサ２３からの圧力信号、及び（２）式に基づき、制御手段２４にて、モータ１３の設定回転数Ｎ_Ｃが算出される。そして、モータ１３の回転数Ｎが設定回転数Ｎ_Ｃよりも大である場合、制御手段２４からインバータ１２への制御信号により、吐出圧力Ｐｄが設定圧力Ｐ_Ｃよりも高くなるとモータ１３の回転数が低下させられ、逆に吐出圧力Ｐｄが設定圧力Ｐ_Ｃよりも低くなるとモータ１３の回転数Ｎが上昇させられ、吐出圧力Ｐｄが設定圧力Ｐ_Ｃに等しいと現状の回転数が維持される。

一方、モータ１３の回転数Ｎが低下して設定回転数Ｎ_Ｃに達している場合、制御手段２４から吸気調節弁１４への制御信号により、吐出圧力Ｐｄが設定圧力Ｐ_Ｃよりも高くなると吸気調節弁１４が閉じられ、逆に吐出圧力Ｐｄが設定圧力Ｐ_Ｃよりも低くなると吸気調節弁１４が開かれ、吐出圧力Ｐｄが設定圧力Ｐ_Ｃに等しいと現状の吸気調節弁１４の状態が維持される。

以上の説明より明らかなように、設定回転数Ｎ_Ｃは、周囲温度Ｔａ及び設定圧力Ｐ_Ｃに対応して定められ、可変である。この結果、回転数制御範囲が広がり、また圧力一定制御範囲も広がり、動力消費効率が向上する。

本発明に係る運転方法が適用されるスクリュ圧縮機の全体構成の概略を示す図である。図１に示すスクリュ圧縮機の使用可能範囲と設定圧力と設定回転数との関係を示す図である。スクリュ圧縮機における回転数制御とロード・アンロード制御との関係を示す図である。スクリュ圧縮機の使用可能範囲を例示した図である。

符号の説明

１スクリュ圧縮機
１１圧縮機本体
１２インバータ
１３モータ
１４吸気調節弁
１５吸込流路
１６アフタークーラ
１７逆止弁
１８吐出流路
１９放気弁
２１放気流路
２２温度センサ
２３圧力センサ
２４制御手段

Claims

吐出圧力と設定圧力との差をなくすために、圧縮機本体の駆動用モータの回転数が設定回転数よりも大の場合には、上記モータの回転数を調節する回転数制御を行い、上記回転数が低下して上記設定回転数に達した場合には、上記圧縮機本体の吸込み側に設けられた吸気調節弁の開閉によるロード・アンロード制御を行うスクリュ圧縮機の運転方法において、スクリュ圧縮機の周囲温度を検出し、上記設定回転数を、上記周囲温度及び上記設定圧力下における圧縮機使用可能な上記モータの回転数範囲の下限値に定めることにより上記設定回転数を可変としたことを特徴とするスクリュ圧縮機の運転方法。