JP2005194926A

JP2005194926A - スクリュ圧縮機の運転方法

Info

Publication number: JP2005194926A
Application number: JP2004001314A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kitayama; 伸二北山; Yuji Oishi; 雄ニ大石
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-01-06
Filing date: 2004-01-06
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】スライド弁をより高速で作動させることができ、しかも吐出ガス供給先のガス需要減により吐出ガス圧力が増加しても吐出ラインから吸込ラインに逃がす吐出ガス量を少なくし得るスクリュ圧縮機の運転方法を提供する。
【解決手段】スライド弁５をスライドさせるバランスシリンダ６を備え、吸込口１ｃに連通する吸込ライン２、吐出口１ｄから油分離回収器３ａを介して吐出ガス供給先に連通する吐出ライン３を備えると共に、これら両ライン２，３の間に、バイパス弁４ａを備えたバイパスライン４が介装されてなるスクリュ圧縮機の前記バランスシリンダ６をエアシリンダポジショナ８により作動させると共に、吐出ガス圧力が急激に増加して、予め定めた閾値以上になると、前記バイパス弁４ａを開弁させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクリュ圧縮機の運転方法に係り、より詳しくは、吐出ガスの吐出量を調節するスライド弁を備えたスクリュ圧縮機の運転方法に関する。

吐出容量を調整するスライド弁を備えたスクリュ圧縮機としては、例えば後述するような構成になるものが知られている。以下、この従来例に係るスクリュ圧縮機を、その縦断面図の図２を参照しながら説明する。

一方に吸込口６１を、他方に吐出口６２を備えたケーシング６３内に、互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータ６４が回転可能に収納されている。そして、この雌雄一対のスクリュロータ６４の外周面に沿って、ロータ軸と平行に摺動することができる容量調節用のスライド弁６５が設けられている。さらに、第一ピストン棒５１によりスライド弁６５に、これと一体作動可能に結合し、スライド弁６５と同程度の受圧面積を有するバランスピストン５２がケーシング６３と一体的に形成されたシリンダ部５３に摺動可能に嵌挿されている。

また、バランスピストン５２の、図における右方空間を吐出口６２に連通させると共に、バランスピストン５２の左方空間を連通路５４によりスライド弁６５の右方空間に通じさせて吸込圧力と略同圧になるように形成されている。即ち、バランスピストン５２の両側の差圧を相殺させるように構成されている。スライド弁６５には、第二ピストン棒５５を介して、例えば空圧式の、あるいは電動モータを用いた駆動部５６が連結されており、スライド弁６５を図における左右に移動させるように構成されている。

上記構成になるスクリュ圧縮機によれば、吐出圧力と吸込圧力との差圧を上記スライド弁６５に対して、このスライド弁６５が受ける力に対抗して作用させるバランスピストン５２が上記スライド弁６５と同軸上に設けられている。従って、吐出圧力と吸込圧力との差圧により、スライド弁６５に作用する力はバランスピストン５２に作用する力によって相殺され、バランスピストン５２の駆動部５６を低動力で簡易な構造のものにすることができるという優れた効果が得られる(例えば、特許文献１参照。)。
特開平４−３４２８９１号公報

上記従来例に係るスクリュ圧縮機によれば、スライド弁に作用する力はバランスピストンに作用する力によって相殺され、バランスピストンの駆動部を低動力で簡易な構造のものにすることができるから、それなりに優れていると考えられる。ところで、スクリュ圧縮機のスライド弁は、ロード、アンロードの指令信号に敏感に反応して、より高スピードで作動することが好ましい。しかしながら、上記従来例では、スライド弁を、例えば空圧式の、あるいは電動モータを用いた駆動部で左右に移動させると記載されているものの、具体的な駆動部の構成に関しては何ら説明されていない。

また、吐出ガスの使用状況によっては、吐出ガス供給先のガス需要量が極端に減少することがある。このような場合には、迅速にスライド弁を制御して吐出ガスの吐出量を減少させる必要があるにもかかわらず、吐出ガス圧力が急激に増加し、スライド弁の制御だけでは対応できない場合がある。特に、スライド弁を油圧で駆動する構成にすると、即応性にやや難があり、上記のような吐出ガス圧力の急激な変化に対応しづらい。駆動部の油流入・流出量を増やして即応性を改善したとしても、新たに目標位置に静止できないオーバーシュート等の位置制御性の問題が生じる虞がある。そこで、吸込ラインと吐出ラインの油分離回収器の上流側との間に介装されてなるバイパスラインのバイパス弁を開弁して、吐出ラインから吸込ラインに吐出ガスを逃がすことにより、吐出ガス圧力の急激な増加を防止するようにすることがある。但し、この場合もせっかく圧縮した吐出ガスを再び吸込ラインに逃がすこととなり、無駄な消費エネルギーが多く経済的に好ましくないという問題があった。

従って、本発明の目的は、スライド弁をより高スピードで作動させることを可能ならしめると共に、吐出ガス供給先のガス需要量の急激な減少により、吐出ガス圧力が急激に増加しても吐出ラインから吸込ラインに逃がす吐出ガス量を少なくすることを可能ならしめるスクリュ圧縮機の運転方法を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、従って本発明の請求項１に係るスクリュ圧縮機の運転方法が採用した手段の特徴とするところは、吐出ガスの吐出量を調節するスライド弁を備え、往復動して前記スライド弁をスライドさせるバランスピストンを有するバランスシリンダを備え、吸込口に連通する吸込ライン、吐出口から油分離回収器を介して吐出ガス供給先に連通する吐出ラインを備えると共に、これら吸込ラインと吐出ラインの油分離回収器の上流側との間に、バイパス弁を備えたバイパスラインが介装されてなるスクリュ圧縮機の吐出ガスの吐出量を調整するスクリュ圧縮機の運転方法において、前記バランスシリンダを、コントローラからの操作位置電気信号を受信する電空変換器から出力され、前記操作位置電気信号に対応した空気信号により伸縮する伸縮ロッドを備えると共に、この伸縮ロッドの伸縮位置を決めるポジショナを備えたエアシリンダポジショナにより作動させるところにある。

また、本発明の請求項２に係るスクリュ圧縮機の運転方法が採用した手段の特徴とするところは、請求項１に記載のスクリュ圧縮機の運転方法において、吐出ガス圧力が増加して、予め定めた閾値を超えると、前記バイパス弁を開弁制御するところにある。

本発明の請求項１に係るスクリュ圧縮機の運転方法によれば、スライド弁の位置制御にエアシリンダポジショナを用いるため、精度良くスライド弁の微小位置を制御することができるから、吐出ガスの吐出量を高精度で制御することができる。また、バランスピストンによりスライド弁の左右方向の作用力がバランスしていて、小動力でスライド弁を作動させることができる。従って、小容量のエアシリンダポジショナで済むため、スライド弁を迅速に作動させることができるから、制御遅れも解消される。そして、スクリュ圧縮機の圧縮機本体以外の制御系をコンパクト、かつ低コストにすることができ、極めて経済的である。

また、本発明の請求項２に係るスクリュ圧縮機の運転方法によれば、上記のとおり、エアシリンダポジショナによりスライド弁が迅速に制御され、そして吐出ガス圧力が予め定めた閾値以上になるとバイパス弁が開弁制御される。従って、バイパス弁の開弁時間を僅かとするか、あるいはバイパス弁の開弁制御時のその開度を小さなものとすることができ、吐出ラインから吸込ラインに逃がす吐出ガス量は少なくて済むから、消費エネルギーの無駄を少なくすることができる。

以下、本発明のスクリュ圧縮機の運転方法を実施する、本発明の形態に係るスクリュ圧縮機を、その全体構成図の図１を参照しながら説明する。

図に示す符号１は、圧縮機本体である。この圧縮機本体１は、ケーシング１ａと、このケーシング１ａ内の圧縮室内に収容され、互いに噛合する雌雄一対のスクリュを有するスクリュロータ１ｂを備えており、これらのうちの一方が駆動モータＭにより駆動されるように構成されている。この圧縮機本体１のケーシング１ａに設けられた吸込口１ｃには吸込ライン２が接続され、また吐出口１ｄには吐出ガス中に含まれている油分を分離する油分離回収器３ａが介装されてなる吐出ライン３が接続されている。前記油分離回収器３ａは、油分が分離された圧縮ガスをガス供給側に供給すると共に、分離回収した油を図示しない油供給ラインを介して前記圧縮室、前記スクリュロータ１ｂを支持する軸受、ならびに軸封装置に供給する働きをするものである。そして、前記吸込ライン２と、前記吐出ライン３の吐出口１ｄと油分離回収器３ａの間とは、バイパス弁４ａが介装されてなるバイパスライン４で連通し得るように構成されている。

さらに、前記圧縮機本体１にケーシング１ａには、前記スクリュロータ１ｂと平行に往復動して、吸込量を調整することにより吐出ガスの容量を制御するスライド弁５が収容されている。そして、このスライド弁５に作用する吐出ガスの圧力に基づく、図における左向きの力は、ケーシング１ａに設けられ、バランスピストン６ａが収容されたバランスシリンダ６によりバランスされるように構成されている。より詳しくは、このバランスシリンダ６のバランスピストン６ａの反スライド弁５側の圧力室に油分離回収器３ａから吐出ガス導入ライン７が連通しており、この吐出ガス導入ライン７を介して流入する吐出ガス圧力によってバランスされるように構成されている。

バランスピストン６ａの一方には，前記スライド弁５を往復動させる第１ロッド６ｂが突設されている。この第１ロッド６ｂのスライド弁５からの突出端は吐出口１ｄを横断し、スライド弁５に相対する吐出口１ｄの内壁に設けられたロッド嵌合孔１ｅに摺動可能に嵌合されている。また、バランスピストン６ａの他方にはバランスシリンダ６から反スライド弁５側に突出する第２ロッド６ｃが突設されている。この第２ロッド６ｃのバランスシリンダ６からの突出端には、後述するエアシリンダポジショナ８の伸縮ロッド８ａの先端が接続されている。つまり、この伸縮ロッド８ａの伸縮動作によって往復動されるようになっており、第２ロッド６ｃの往復動の距離はポテンショメータ９によって測定されるように構成されている。

前記エアシリンダポジショナ８は、後述する構成によるコントローラ１０からの操作位置電機信号１１を空気信号１３に変換する電空変換器１２によって制御されるように構成されている。また、前記コントローラ１０には、前記吐出ライン３の油分離回収器３ａの下流側に設けられて吐出ガスの圧力を検出する吐出ガス圧力検出センサＰから吐出ガス圧力値Ｐ_dが入力されるようになっている。

そして、前記コントローラ１０には、予め閾値Ｐ_dhが入力されている。前記吐出ガス圧力値Ｐ_dが閾値Ｐ_dhよりも大、つまりＰ_d＞Ｐ_dhになったときに、圧縮機本体１が運転中であってもバイパス弁４ａを開弁させるものである。詳しくは、ガス供給先の需要量が極端に減って、吐出ガスの圧力が急激に高圧になり、前記スライド弁５の制御では対応できない場合に，バイパス弁４ａを開弁させて、吐出ガス圧力値を低下させるものである。
さらに、前記コントローラ１０には、所望の圧力設定値Ｐ_dsが入力されるようになっており、これにより吐出ガスの吐出量を制御(スライド弁の制御)することにより、吐出ガス圧力値Ｐ_dが所望の圧力設定値Ｐ_dsに維持されるように構成されている。

以下、上記構成になるスクリュ圧縮機の作用態様を説明する。なお、スライド弁５は上記のとおり、吸込量を調整することにより吐出ガスの容量を制御するものであるが、図１において左方に移動すれば吸込量が増加し、右方へ移動すれば吸込量が減少するものとして説明する。

本形態に係るスクリュ圧縮機では、吐出ガス供給先側の吐出ガスの需要量が増加した場合、吐出ガス圧力値Ｐ_dは一旦減少に転じる。この減少に転じた吐出ガス圧力値Ｐ_dが吐出ガス圧力検出センサＰからコントローラ１０に入力されている。従って、コントローラ１０は、圧縮機本体１の吸込量を増大させるために、スライド弁５が左方に移動するように、電空変換器１２に対して操作位置電気信号１１を発信する。逆に、吐出ガス供給先側の吐出ガスの需要量が減少した場合、吐出ガス圧力値Ｐ_dは一旦増加に転じる。この増加に転じた吐出ガス圧力値Ｐ_dが吐出ガス圧力検出センサＰからコントローラ１０に入力されている。従って、コントローラ１０は、圧縮機本体１の吸込量を減少させるために、スライド弁５が右方に移動するように、電空変換器１２に対して操作位置電気信号１１を発信する。前記電空変換器１２は受信した操作位置電気信号１１を空気信号１３に変換し、変換した空気信号１３がエアシリンダポジショナ８に送られるため、このエアシリンダポジショナ８によりスライド弁５の位置が制御される。

このようにスライド弁５の位置制御にエアシリンダポジショナ８を用いるため、精度良くスライド弁５の微小位置を制御することができるから、吐出ガスの吐出量を高精度で制御することができる。そして、バランスシリンダ６によりスライド弁の左右方向の作用力がバランスしていて、小動力でスライド弁５を作動させることができる。従って、小容量のエアシリンダポジショナ８で済むため、スライド弁５を迅速に作動させることができるから、制御遅れも解消される。そして、スクリュ圧縮機の圧縮機本体１以外の制御系をコンパクト、かつ低コストにすることができ、極めて経済的である。

また、従来例に係るスクリュ圧縮機では、吐出ガス供給先のガス需要量の極端な減少により、吐出ガス圧力が急激に増加し、スライド弁の制御で対応することができない場合があり、その場合にはバイパス弁を開弁、必要に応じて全開させていた。しかしながら、本発明に係るスクリュ圧縮機の運転方法によれば、上記のとおり、エアシリンダポジショナ８によりスライド弁５が迅速に制御され、そして吐出ガス圧力Ｐ_dが予め定めた閾値Ｐ_dh以上になるとバイパス弁５が開弁制御されるため、バイパス弁５の開弁時間が短くても、あるいはバイパス弁５の開度が小さくても、吐出ガス圧力を迅速に下げることができる。
従って、吐出ライン３から吸込ライン２に逃がす吐出ガス量は少なくて済むから、従来よりも消費エネルギーの無駄を少なくすることができる。

ところで、前記コントローラ１０から電空変換器１２に対して発信される操作位置電気信号１１の信号値は、吐出ガス圧力値Ｐ_dと所望の圧力設定値Ｐ_dsとからＰＩＤ演算によって決定される。スライド弁５の移動制御によって実現しようとすることは、吐出ガス圧力値Ｐ_dを所望の圧力設定値Ｐ_dsに維持させることであるから、この場合操作位置電気信号１１の発信によってスライド弁５がどの位置に移動操作されたかということをコントローラ１０にフィードバックすることは必須ではない。

しかしながら、操作位置電気信号１１の発信によって、コントローラ１０の指令どおりにスライド弁５が移動したか否かをコントローラ１０自身によって判定させる構成にすることが好ましい。そのため、本形態の場合には、ポテンショメータ９で検出されるスライド弁５の弁位置情報Ｌ₁がコントローラ１０に入力される。そして、スライド弁５の弁位置制御値Ｌ₂(操作位置電気信号１１を発信することによって、その位置に移動されることが予定されるスライド弁５の位置情報)と、ポテンショメータ９で得られるスライド弁５の実際の弁位置情報Ｌ₁とを比較し、それらの差異が予め定められた所定値より小さいか否かによって判断されるように構成されている。なお、コントローラ１０が、それらの差異が予め定められた所定値より大きいと判断した場合、コントローラ１０に内蔵されている、図示しない表示器に表示させると共に、その旨の警報を発する構成にすれば、さらに好ましい形態になる。

ところで、以上では、圧縮機本体１の吐出側に吐出ガス圧力検出センサＰを設けた構成を説明した。しかしながら、これに限らず、例えば吐出ガスの流量を直接検出することができる流量計を用いることもできるから、上記形態に係るスクリュ圧縮機の構成に限定されるものではない。

本発明の形態に係るスクリュ圧縮機の全体構成図である。従来例に係るスクリュ圧縮機の縦断面図である。

符号の説明

１…圧縮機本体，１ａ…ケーシング，１ｂ…スクリュロータ，１ｃ…吸込口，１ｄ…吐出口，１ｅ…ロッド嵌合孔
２…吸込ライン
３…吐出ライン，３ａ…油分離回収器
４…バイパスライン，４ａ…バイパス弁
５…スライド弁
６…バランスシリンダ，６ａ…バランスピストン，６ｂ…第１ロッド，６ｃ…第２ロッド
７…吐出ガス導入ライン
８…エアシリンダポジショナ，８ａ…伸縮ロッド
９…ポテンショメータ
１０…コントローラ
１１…操作位置電気信号
１２…電空変換器
１３…空気信号
Ｐ…吐出ガス圧力検出センサ
Ｐ_d…吐出ガス圧力値
Ｐ_dh…閾値
Ｐ_ds…圧力設定値
Ｍ…駆動モータ

Claims

吐出ガスの吐出量を調節するスライド弁を備え、往復動して前記スライド弁をスライドさせるバランスピストンを有するバランスシリンダを備え、吸込口に連通する吸込ライン、吐出口から油分離回収器を介して吐出ガス供給先に連通する吐出ラインを備えると共に、これら吸込ラインと吐出ラインの油分離回収器の上流側との間に、バイパス弁を備えたバイパスラインが介装されてなるスクリュ圧縮機の吐出ガスの吐出量を調整するスクリュ圧縮機の運転方法において、前記バランスシリンダを、コントローラからの操作位置電気信号を受信する電空変換器から出力され、前記操作位置電気信号に対応した空気信号により伸縮する伸縮ロッドを備えると共に、この伸縮ロッドの伸縮位置を決めるポジショナを備えたエアシリンダポジショナにより作動させることを特徴とするスクリュ圧縮機の運転方法。
吐出ガス圧力が増加して、予め定めた閾値を超えると、前記バイパス弁を開弁制御することを特徴とする請求項１に記載のスクリュ圧縮機の運転方法。