JP2007113588A - Oil free screw compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一対のスクリューロータを非接触で同期回転させるオイルフリースクリュー圧縮機に係り、特に高速モータで駆動するのに好適なオイルフリースクリュー圧縮機に関する。 The present invention relates to an oil-free screw compressor that rotates a pair of screw rotors synchronously without contact, and particularly to an oil-free screw compressor that is suitable for being driven by a high-speed motor.
従来のオイルフリースクリュー圧縮機は、例えば特開平6−346881号公報に記載のように、ベルトおよび歯車を用いて電動機の回転速度を増速して、スクリュー圧縮機本体を回転していた。また、特開平3−151592号公報には、スクリュー歯形が形成されたロータ軸に、ケーシング内に増側歯車が収納された増側歯車装置を、カップリングを介して接続する例が記載されている。 In a conventional oil-free screw compressor, for example, as described in JP-A-6-346881, the rotational speed of an electric motor is increased using a belt and gears, and the screw compressor body is rotated. Japanese Patent Laid-Open No. 3-151592 describes an example in which an increase gear device in which an increase gear is housed in a casing is connected via a coupling to a rotor shaft having a screw tooth profile. Yes.
なお、スクリュー圧縮機ではロード、アンロード等の運転制御に加え、需要元の消費要求に応じて吸い込み絞り弁の開閉を制御する容量制御が実施されている。この容量制御の例として、特開昭59−93989号公報には圧縮機自体の圧力で動作するエアシリンダーの先端に、吸い込み絞り弁のバルブ板を取付け、このバルブ板を移動させることにより吸い込み空気量を2段階で調整している。
ところで、上記特開平6−346881号公報に記載の圧縮機は、増速歯車を収納する歯車ケースの他に、増速歯車を回転支持する軸受、増速歯車を取付ける回転軸、増速した動力を伝達するためのベルトやプーリ等、数多くの部品が必要になり、圧縮機のコスト高の一因になっている。また、この圧縮機ではスクリューロータを駆動する電動機も大型化しており、電動機を固定する架台を含めて圧縮機ユニット全体の小型化の点で不十分であった。 By the way, the compressor described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-346881 includes, in addition to a gear case housing a speed increasing gear, a bearing for rotating and supporting the speed increasing gear, a rotating shaft for mounting the speed increasing gear, and a speed increasing power. Many parts such as a belt and a pulley for transmitting the power are necessary, which contributes to the high cost of the compressor. Further, in this compressor, the electric motor for driving the screw rotor is also increased in size, which is insufficient in terms of downsizing the entire compressor unit including a frame for fixing the electric motor.
また、特開平3−151592号公報に記載の圧縮機では、ベルトで増速していないので、増速歯車における増速比が大になり、増速歯車を収納する歯車ケースが大型化している。そして、汎用圧縮機としてシリーズ化するときには種々の圧縮機本体と増速歯車装置との組合わせが必要であり、品揃えの点からもコスト高の要因となっていた。 Further, in the compressor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-151592, the speed increase ratio of the speed increasing gear is increased because the speed is not increased by the belt, and the gear case that accommodates the speed increasing gear is enlarged. . And, when it is serialized as a general-purpose compressor, it is necessary to combine various compressor bodies and speed increasing gear devices, which has been a factor of high cost in terms of product lineup.
さらに、特開昭59−93989号公報に記載の圧縮機では、ライン圧が変動するごとに吸込み絞り弁の操作空気をエアシリンダーに供給するため、エアシリンダーに三方電磁弁を接続し、この三方電磁弁によりエアシリンダーの操作空気の供給孔を切換えている。このように三方電磁弁を備える必要があり、高価になるとともに流量制御系の構成が複雑になっている。また、起動時のアンロードを解除するために、三方電磁弁を複数個必要とし、容量制御装置の構造が複雑になる。 Further, in the compressor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-93989, a three-way solenoid valve is connected to the air cylinder in order to supply the operation air of the suction throttle valve to the air cylinder every time the line pressure fluctuates. The air cylinder operating air supply hole is switched by a solenoid valve. Thus, it is necessary to provide a three-way solenoid valve, which is expensive and complicated in the configuration of the flow rate control system. Moreover, in order to cancel the unloading at the time of starting, a plurality of three-way solenoid valves are required, and the structure of the capacity control device becomes complicated.
以上のいずれの圧縮機においても、圧縮機を小型化することについて、ある程度の考慮はなされているものの、なお一層の小型化が望まれている。本発明の目的は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、圧縮機ユニットの構造を簡素化することにある。本発明の他の目的は、小型化して設置自由度の大きい圧縮機ユニットを実現することにある。本発明のさらに他の目的は、コストを低減した安価な圧縮機ユニットを実現することにある。本発明のさらに他の目的は、圧縮機本体側の構成部品と電動機側の構成部品を共通化して、信頼性の高い圧縮機ユニットを実現することにある。 In any of the compressors described above, although some consideration has been given to downsizing the compressor, further downsizing is desired. An object of the present invention is to simplify the structure of the compressor unit, in view of the above-mentioned problems of the prior art. Another object of the present invention is to realize a compressor unit that is downsized and has a high degree of freedom in installation. Still another object of the present invention is to realize an inexpensive compressor unit with reduced cost. Still another object of the present invention is to realize a highly reliable compressor unit by sharing the components on the compressor body side and the components on the electric motor side.
上記目的を達成するための本発明の第1の特徴は、モータロータが取付けられたモータ軸と、モータロータに対向して配置されたモータステータを保持するモータケーシングと、ねじ形状の雄歯形が形成された雄ロータと、ねじ形状の雌歯形が形成された雌ロータと、これら雄ロータと雌ロータとを収納するケーシングとを備えたオイルフリースクリュー圧縮機において、モータの回転速度と雄ロータまたは雌ロータの少なくとも何れかの回転速度を同じにしたものである。 In order to achieve the above object, the first feature of the present invention is that a motor shaft on which a motor rotor is mounted, a motor casing that holds a motor stator disposed opposite the motor rotor, and a male male tooth shape are formed. An oil-free screw compressor comprising a male rotor, a female rotor having a screw-shaped female tooth shape, and a casing for housing the male rotor and the female rotor. The rotational speed of at least one of the above is the same.
そして、雄ロータと雌ロータのいずれかに形成された回転軸とモータ軸とは一体の回転軸であってもよい。また、雄ロータまたは雌ロータのいずれかの軸の一端側に第1の歯車を、モータ軸の一端側にこの第1の歯車と噛み合う第2の歯車を設け、この第1の歯車と第2の歯車の歯車の歯数比を実質的に1:1にしてもよい。 The rotation shaft formed on either the male rotor or the female rotor and the motor shaft may be an integral rotation shaft. In addition, a first gear is provided on one end side of the shaft of either the male rotor or the female rotor, and a second gear that meshes with the first gear is provided on one end side of the motor shaft. The gear ratio of the gears may be substantially 1: 1.
上記目的を達成するための本発明の第2の特徴は、雄ロータと雌ロータとを備えた圧縮機本体と、この圧縮機本体を回転駆動する高周波電動機とを備えたオイルフリースクリュー圧縮機において、高周波電動機の回転速度と雄ロータまたは雌ロータの少なくとも何れかの回転速度を同一にしたものである。 In order to achieve the above object, the second feature of the present invention is an oil-free screw compressor including a compressor body including a male rotor and a female rotor, and a high-frequency electric motor that rotationally drives the compressor body. The rotation speed of the high-frequency motor is the same as the rotation speed of at least one of the male rotor and the female rotor.
そして好ましくは、雄ロータまたは雌ロータの何れかの軸の一端側に第1の歯車を、高周波電動機の一端側にこの第1の歯車に噛み合う第2の歯車を設け、この第1の歯車と第2の歯車の歯車の歯数比を1:1にすることである。また好ましくは、雄ロータ及び雌ロータを回転支承するころ軸受を各ロータに設け、このころ軸受と同サイズのころ軸受を高周波電動機に設けるものである。さらに好ましくは、雄ロータ及び雌ロータを支承するころ軸受に給油する潤滑油をシールするねじシールを前記各ロータに設けるとともに、高周波電動機に設けたころ軸受に給油する潤滑油をシールするねじシールを設け、これら各ねじシールの大きさを同一にしたものである。 Preferably, a first gear is provided on one end side of the shaft of either the male rotor or the female rotor, and a second gear meshing with the first gear is provided on one end side of the high-frequency motor. The gear number ratio of the second gear is set to 1: 1. Preferably, a roller bearing for rotating and supporting the male rotor and the female rotor is provided in each rotor, and a roller bearing having the same size as this roller bearing is provided in the high-frequency motor. More preferably, each of the rotors is provided with a screw seal for sealing the lubricating oil supplied to the roller bearings supporting the male rotor and the female rotor, and the screw seal for sealing the lubricating oil supplied to the roller bearing provided in the high-frequency motor. The size of each screw seal is the same.
上記目的を達成するための本発明の第3の特徴は、ケーシングに収納され互いに噛合う雄ロータおよび雌ロータと、これら雄ロータおよび雌ロータを支持する第1、第2の軸受と、ケーシングと雄ロータと雌ロータとにより形成される圧縮室への油の侵入を防止する軸封装置とを有する圧縮機本体を備えたオイルフリースクリュー圧縮機において、高周波インバータで駆動される高速モータを圧縮機本体の吸込側に接続し、高速モータはモータロータが形成されたモータ軸と、このモータ軸を回転支承する第3の軸受と、この第3の軸受を潤滑する潤滑油の高速モータ内部への侵入を防止する第2の軸封装置とを有し、第1、第2及び第3の軸受を互いに同一のものとし、第1の軸封装置と第2の軸封装置とをと同一のものにしたものである。 The third feature of the present invention for achieving the above object is that a male rotor and a female rotor housed in a casing and meshing with each other, first and second bearings supporting the male rotor and the female rotor, and a casing, A high-speed motor driven by a high-frequency inverter in an oil-free screw compressor having a compressor body having a shaft seal device that prevents oil from entering a compression chamber formed by a male rotor and a female rotor. Connected to the suction side of the main body, the high-speed motor is a motor shaft on which a motor rotor is formed, a third bearing that rotationally supports the motor shaft, and a lubricant that lubricates the third bearing enters the high-speed motor. A first shaft sealing device and a second shaft sealing device are the same, and the first shaft sealing device and the second shaft sealing device are the same. It is what
そして、圧縮機本体が備える雄ロータの軸端に第1の歯車を、高速モータの負荷側軸端にこの第1の歯車と噛み合う第2の歯車を嵌合し、この第1の歯車と第2の歯車の歯数比が2:1から1:2の範囲にすることが望ましい。また、圧縮機本体が備える雄ロータの軸端を、高速モータの負荷側の軸端にカップリングまたはスプラインで直結することが望ましい。さらに、雄ロータ支持しこのロータの両端部に位置する軸受と、この軸受の一方と雄ロータの歯溝部との間に位置し雄ロータに嵌合したモータロータと、このモータロータに対向したモータステータと、このモータステータを保持するモータケーシングとを設け、このモータケーシングをケーシングの吸込側と結合することが望ましい。
Then, the first gear is fitted to the shaft end of the male rotor included in the compressor body, and the second gear meshing with the first gear is fitted to the load side shaft end of the high speed motor. It is desirable that the gear ratio of the
また好ましくは、圧縮機本体と高速モータとを一体化し、圧縮機本体で圧縮された圧縮空気を冷却するアフタークーラと、プレクーラと、潤滑油を冷却するオイルクーラとを収納する共通架台とを設け、この共通架台の上方に一体化された圧縮機本体と高速モータとを配置するものである。 Preferably, the compressor body and the high-speed motor are integrated, and an aftercooler that cools the compressed air compressed by the compressor body, a precooler, and a common base that houses the oil cooler that cools the lubricating oil are provided. The compressor main body and the high-speed motor that are integrated above the common frame are disposed.
上記目的を達成するための本発明の第4の特徴は、インバータと、このインバータにより駆動される電動機と、この電動機で駆動される圧縮機本体とを有し、前記インバータにより圧縮機本体の回転速度を制御するオイルフリースクリュー圧縮機において、前記圧縮機本体の下流側にこの圧縮機本体で圧縮された作動空気を冷却する空気冷却器を、この空気冷却器のさらに下流に逆止弁を、この逆止弁の上流側から分岐し放気クーラと放気弁とを有する放気管路を夫々設け、さらに前記圧縮機本体の起動時および無負荷運転時には放気弁を閉、負荷運転時には放気弁を開とする放気弁の制御装置を設けたものである。 In order to achieve the above object, the fourth feature of the present invention includes an inverter, an electric motor driven by the inverter, and a compressor main body driven by the electric motor, and the rotation of the compressor main body by the inverter. In the oil-free screw compressor for controlling the speed, an air cooler for cooling the working air compressed by the compressor main body is provided downstream of the compressor main body, and a check valve is provided further downstream of the air cooler. An air discharge line that branches from the upstream side of the check valve and has an air discharge cooler and an air release valve is provided, and the air discharge valve is closed when the compressor body is started up and during no-load operation, and is released during load operation. An air release valve control device that opens the air valve is provided.
以上述べたように、本発明によれば下記の効果がある。
(1)増速ギヤやベルト等の増速装置が不要となり、オイルフリースクリュー圧縮機ユニットの小形軽量化および低コスト化が可能となる。
(2)吸込絞り弁や三方電磁弁等の容量制御装置が不要となり、オイルフリースクリュー圧縮機ユニットの構造の簡素化および低コスト化が可能となる。
(3)電動機系と圧縮機本体系との振動力学的構成を共通化して、従来から信頼性の高い回転系をこれら電動機系及び圧縮機本体系とに採用できるので、高速まで安定して回転可能なオイルフリースクリュー圧縮機ユニットを提供できる。
(4)電動機系と圧縮機本体系との部品の共通化を図ることにより、オイルフリースクリュー圧縮機の低コスト化及び信頼性の向上が可能になる。
As described above, the present invention has the following effects.
(1) A speed increasing device such as a speed increasing gear or a belt is not required, and the oil-free screw compressor unit can be reduced in size, weight, and cost.
(2) A capacity control device such as a suction throttle valve or a three-way solenoid valve is not required, and the structure of the oil-free screw compressor unit can be simplified and the cost can be reduced.
(3) Since the vibration system is shared between the motor system and the compressor body system, a highly reliable rotating system can be used for these motor system and compressor body system. A possible oil-free screw compressor unit can be provided.
(4) By sharing the parts of the electric motor system and the compressor main body system, it is possible to reduce the cost and improve the reliability of the oil-free screw compressor.
本発明の一実施例を、図1ないし図4を用いて説明する。図1は、本発明に係る高速モータで駆動するオイルフリースクリュー圧縮機の上面図を断面で示した図、図2は正面図を断面で示した図、図3および図4はモータ軸の支持部の詳細を示す縦断面図である。圧縮機本体1は、互いに噛み合う一対の雄ロータ2と雌ロータの歯溝部がケーシング4に、駆動側が吸込側ケーシング5にそれぞれ収納されている。そして、雄ロータ2および雌ロータ3は、潤滑油が強制潤滑される吸込側軸受6および吐出側軸受7により回転可能に支持されている。なお、吸込側軸受6には円筒コロ軸受、吐出し側軸受7には円筒コロ軸受と組合わせアンギュラ玉軸受を用いている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a cross-sectional view of an oil-free screw compressor driven by a high-speed motor according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a front view, and FIGS. 3 and 4 are motor shaft supports. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the detail of a part. In the compressor
雄ロータ2および雌ロータ3の吐出側軸端には、一対のタイミングギヤ8、9が嵌合されており、雄ロータ2と雌ロータ3の歯溝部を同期回転させる。吸込側軸受6および吐出側軸受7と雄ロータ2および雌ロータ3の歯溝部との間には、軸封装置が設けられている。この軸封装置は、雄ロータ2および雌ロータ3の歯溝部とケーシング4とで形成される圧縮室から空気が漏れるのを極力低減するエアシール10と、軸受部へ供給した潤滑油が圧縮室へ侵入するのを防止するビスコシールと呼ばれるネジシール11とを備えている。
A pair of
ケーシングの4の外周部には冷却ジャケット12が設けられており、冷却水またはクーラント等の液冷媒が供給される。圧縮機本体1の内部で発生した熱の一部は、供給された冷却水または液冷媒と熱交換し、昇温して外部へ排出される。
A
高速モータ21は、中央部にロータコア26が取付けられたモータ軸25と、このモータ軸の両端部近傍を回転可能に支持する負荷側軸受29および反負荷側軸受30とを備えている。また、ロータコア26に対向して、ステータコイル28が巻回されたステータコア27がモータケーシング23に保持されている。モータ軸25を支持する負荷側軸受29を保持し、モータケーシング23と共にケーシングを構成する負荷側軸受カバー22が負荷側軸端部に設けられている。同様に、モータ軸25を支持する反負荷側軸受30を保持し、モータケーシング23と共にケーシングを構成する反負荷側軸受カバー24が反負荷側軸端部に設けられている。なお、反負荷側軸受カバー24にはステータコイル28の口出線31を取り出すための図示しない出口部が形成されている。
The high-
負荷側軸受29としてはラジアル荷重を負担する円筒コロ軸受を、反負荷側軸受30としてはラジアル荷重及びスラスト荷重の双方を負担可能な組合せアンギュラ玉軸受を用いる。これら各軸受のサイズを、例えば圧縮機本体側と同一にしている。また、負荷側軸受29及び反負荷側軸受30を、外周面でカバー22、24と嵌合させた後に、軸受押え32、33で固定している。この軸受押え32、33には、給油孔34、35が形成されている。
A cylindrical roller bearing that bears a radial load is used as the
負荷側軸受29とロータコア26間、および反負荷側軸受30とロータコア26間には、ステータコイル側へ潤滑油が侵入するのを防止する軸封装置が設けられている。この軸封装置は、図3および図4に詳細を示すように、ビスコシール41、42と、このビスコシール41、42を押圧する波ばね44と、止め輪45を介してビスコシール41、42をカバー22、24に保持するシール押え43とを備えている。ビスコシール41、42は内径側がモータ軸25との間で微少な隙間を有している。さらにこのビスコシール41、42の内径側には、角ねじ状の溝部を有するねじシールが形成されている。また、モータケーシング23の外周部には、高速モータで発生する熱を放熱するために、モータ側冷却ジャケット47が設けられており、この冷却ジャケットには冷却水またはクーラント等の液冷媒が供給される。
Between the
負荷側軸受カバー22の圧縮機本体側の端部には、モータ側フランジ46が形成されており、ケーシング4に形成したフランジ16とボルトで結合されている。モータ軸25の負荷側軸端には駆動側ギヤ19が嵌合されており、雄ロータ2の吸込側軸端には被駆動側ギヤ18が嵌合されている。これら両歯車18、19の歯数は同一であり、増速比は1:1である。高速モータの口出線31は、高周波インバータ20に接続されている。
A motor-side flange 46 is formed at the end of the load-side bearing cover 22 on the compressor main body side, and is coupled to the flange 16 formed on the
高周波インバータ20へ通電すると、高速モータ21側へ電力が供給される。その結果、モータ軸25に発生した回転力が一対のギヤ18、19を介して雄ロータ2に伝達され、各ロータのロータ歯溝部の噛合いにより空気が圧縮される。
When the high-
潤滑油は、図示しないオイルポンプから給油ノズル36、37を経由して給油孔34、35に導かれ、給油孔34、35から軸受内部へジェット噴射される。軸受を潤滑及び冷却した潤滑油は、排油孔38、39から機外に排出され、最終的に油溜め装置に回収される。潤滑油は、軸受を潤滑する際に軸受内輪と外輪の間を通過する。その後、軸受から排出された潤滑油はビスコシール41、42に流入するが、モータ軸25が回転するとビスコシール内径側の溝部に圧力が発生し潤滑油をそれぞれの軸受側へ戻す。その結果、モータコイル28側に油が侵入するのを防止できる。
Lubricating oil is guided from an oil pump (not shown) to oil supply holes 34 and 35 via
高速モータ21内のステータコア27およびステータコイル28は、鉄損や銅損等の電気的な損失により発熱する。この発熱により温度上昇したモータ21と、モータケーシング23に設けた冷却ジャケット47へ冷却水等の液冷媒等を熱交換させることにより、モータ21を冷却することができる。
The
オイルフリースクリュー圧縮機は、単段式で出力55kWクラス、吐出し圧力7kgf/cm2の場合には、雄ロータ径が約90mm、回転数が約20000rpmとなる。そして、駆動ギヤと被駆動ギヤとのギヤ比を1:1とすると、高速モータの極数が2極であれば、高周波インバータの設定周波数は約330Hzとなる。 The oil-free screw compressor has a single-stage output of 55 kW class and a discharge pressure of 7 kgf / cm 2 , the male rotor diameter is about 90 mm and the rotational speed is about 20000 rpm. If the gear ratio between the driving gear and the driven gear is 1: 1, if the number of poles of the high-speed motor is two, the set frequency of the high-frequency inverter is about 330 Hz.
ところで、本実施例では、部品の共通化及び安定した高速回転を実現するために、圧縮機本体側と高速モータ側とを振動力学的にほぼ同じ構造としている。つまり、圧縮機本体と電動機とをそれらの回転軸の軸端に設けた歯車で接続しているが、この部分で分割した軸を考えると、モータ軸及び雌ロータ軸、雄ロータ軸の支持部構造は類似した構造になっている。具体的には、各軸を支持する軸受13、30は同一型番品であり、軸受6、7、29は同一型番品である。さらに、ビスコシール11、24も同一形状である。また、軸受への給油方法も噴霧潤滑であり、モータの外周側及び圧縮機本体の外周側に冷却ジャケットを設けている点でも一致している。
By the way, in the present embodiment, in order to realize common parts and stable high-speed rotation, the compressor main body side and the high-speed motor side have substantially the same structure in terms of vibration mechanics. In other words, the compressor main body and the electric motor are connected by a gear provided at the shaft end of their rotating shafts. Considering the shaft divided at this part, the motor shaft, female rotor shaft, male rotor shaft support section The structure is similar. Specifically, the
なお、圧縮機本体は高速モータに増速比1:1、すなわち等速の歯車で接続されているから、高周波インバータで高速モータを圧縮機の仕様回転数まで上昇させれば、圧縮機の仕様回転数がそのまま得られる。したがって、本発明によれば増速装置が全て不要になる。高速モータは高回転数域で使用されるので、必要モータトルクが小さくなる。そのため、ステータコアやステータコイルを小形化できる。このように、高速モータに圧縮機本体を増速比1:1で接続すれば、圧縮機を駆動する駆動系全体の寸法を小さくでき、圧縮機ユニットの小形化および低コスト化が可能となる。 Since the compressor body is connected to the high-speed motor with a gear ratio of 1: 1, that is, constant speed gears, if the high-speed motor is increased to the specified rotational speed of the compressor with a high-frequency inverter, the compressor specifications The rotational speed can be obtained as it is. Therefore, according to the present invention, all the speed increasing devices are unnecessary. Since the high-speed motor is used in a high rotation speed range, the required motor torque is reduced. Therefore, the stator core and the stator coil can be reduced in size. Thus, if the compressor body is connected to the high-speed motor at a speed increase ratio of 1: 1, the size of the entire drive system for driving the compressor can be reduced, and the compressor unit can be reduced in size and cost. .
なお、本実施例では高速モータと圧縮機本体を1:1の増速比の歯車で接続しているが、増速比はこれに限るものではなく、増速比で2:1から減速比で1:2程度までであれば、モータの大きさや減速または増速に使用する歯車の大きさをそれ程大きくしなくて済むので本発明の効果は得られる。ただし、増速比が大きくなるとモータは小型化できるが、増速装置の大きさおよびこの増速装置に要する費用が大となり好ましくなく、一方、さらにモータ回転数を上昇させて減速装置を用いるのも考えられるが、モータの高速化が困難であり実用的ではない。また、本実施例では歯車を用いてモータ軸と雄ロータの回転軸を接続したが、ギヤカップリングやダイヤラムカップリングのような等速カップリング、またはスプラインとスプラインカップリングの組合せ等の等速継手手段であってもよいことは言うまでもない。 In this embodiment, the high-speed motor and the compressor body are connected by a gear having a 1: 1 speed increase ratio, but the speed increase ratio is not limited to this, and the speed reduction ratio is reduced from 2: 1 to 2: 1. If it is up to about 1: 2, it is not necessary to increase the size of the motor and the size of the gear used for deceleration or speedup, so the effect of the present invention can be obtained. However, if the speed increasing ratio is increased, the motor can be reduced in size, but the size of the speed increasing device and the cost required for the speed increasing device are undesirably increased. On the other hand, the speed reduction device is used by further increasing the motor speed. However, it is difficult to increase the speed of the motor, which is not practical. Further, in this embodiment, the motor shaft and the rotating shaft of the male rotor are connected using a gear, but a constant velocity coupling such as a gear coupling or a diaphragm coupling, or a combination of a spline and a spline coupling, etc. Needless to say, it may be a quick coupling means.
次に、本発明の他の実施例を図5により説明する。この図5に示した部品と上記実施例に示した部品とが同一の場合には、同一の符号を付している。本実施例が図1に示した実施例と異なる点は、圧縮機本体1の雄ロータ2の軸と、高速モータ21のモータ軸とを一体に構成した点である。言い換えれば、雄ロータ軸と高速モータの回転軸とを連結した以外の、圧縮機本体1a及び高速モータ側の個々の部品は基本的に上気実施例と同一である。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. When the parts shown in FIG. 5 and the parts shown in the above embodiment are the same, the same reference numerals are given. This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 1 in that the shaft of the
モータケーシング23aには、ステータコア27およびステータコイル28が取付けられている。雄歯形が中間に形成された雄ロータ2aの吸込側軸部2bには、高速モータのロータコア26が取付けられている。この雄ロータ2aは、雄歯形部より軸端側を吐出側軸受7、13で、ロータコア26よりさらに端部側を反負荷側軸受30aで回転自在に支持されている。雌ロータ3aは、雄ロータ2aと同様に吐出側を吐出側軸受7、13で吸込み側を吸込み側軸受6aで支持されている。ただし、上記実施例とは異なり吸込み側端部には歯車が取付けられていない。雄ロータおよび雌ロータの吸込み側軸受7、13としては円筒ころ軸受及び組合わせアンギュラ軸受を、雌ロータ側の吸込側軸受6aとしてはグリース潤滑のころ軸受6aを用いている。圧縮機本体及び拘束モータで発生する熱を放熱するための冷却構造として、ケーシング2の外周部及びモータケーシング23の外周部にそれぞれ放熱フィン48、49が形成されている。
A
このように構成した本実施例では、先の実施例と比べて雄ロータ側の吸込側軸受及び軸封装置、高速モータ側の負荷側軸受及び軸封装置、高速モータの動力を伝達するギヤが不要となり、圧縮機本体を含めた駆動系装置の小形化および低コスト化が可能となる。なお、本実施例では雄ロータの軸をモータ軸と共用しているが、雌ロータの軸をモータ軸と共用してもよいことは言うまでもない。 In this embodiment configured as described above, the suction side bearing and shaft seal device on the male rotor side, the load side bearing and shaft seal device on the high speed motor side, and the gear for transmitting the power of the high speed motor are compared with the previous embodiment. This eliminates the need to reduce the size and cost of the drive system including the compressor body. In the present embodiment, the shaft of the male rotor is shared with the motor shaft, but it goes without saying that the shaft of the female rotor may be shared with the motor shaft.
次に、上記何れかの実施例に記載された圧縮本体及び電動機が一体に形成されたオイルフリースクリュー圧縮機をパッケージ内に配置する様子を、図6および図7を用いて説明する。圧縮機本体と高速モータとを一体化した後に、この一体化組品を冷却器を兼ねる本体架台51の上部に配置している。本体架台51を区切って、2つの部屋を形成する。第1室51aは圧縮空気の冷却器を収納する部屋であり、空気を1次冷却するプレクーラ52、空気を2次冷却するアフタークーラ53およびアンロード時の放気空気を冷却する放風クーラ54を収納している。第2室51bは、油溜めとして用いる部屋であり、潤滑油を冷却するオイルクーラ55が収納されている。
Next, a state in which the oil-free screw compressor in which the compression main body and the electric motor described in any of the above-described embodiments are integrally formed will be described with reference to FIGS. 6 and 7. After the compressor main body and the high-speed motor are integrated, this integrated assembly is arranged on the upper part of the
プレクーラ52、アフタークーラ53および放風クーラ54はU字形の冷却管を備えており、管外側に冷却水が通水されている。一方、オイルクーラ55もU字形の冷却管を備えており、管外側に潤滑油が導かれる。本体架台の第1室51aの側面には、逆止弁56が取付けられたヘッダ57aが設けられており、第2室51bの側面には冷却水出入口を有する冷却水ヘッダ57bが設けられている。圧縮機本体1とプレクーラ52とを吐出配管58で接続し、高速モータ21の排油口35、36とオイルクーラ55とを排油配管59、60で連結する。なお、圧縮機本体1の吸込み側には吸込みフィルタ90が取付けられており、吐出側には放気弁91が介在した放気配管93が取付けられている。放気配管の先端部には、放気サイレンさ83が取付けられている。そして、これら本体架台51、圧縮機本体1、高速モータ21、吸込み及び出口配管系が筐体95の中に収納されてパッケージ型のオイルフリースクリュー圧縮機を構成している。
The
圧縮機本体と高速モータを一体にして組立て、この一体組品をプレクーラやアフタークーラ等を収納する本体架台の真上に配置することにより、一体組品と各クーラ間を接続する配管の長さを短くすることができる、さらに、本体架台の長手方向寸法を上記一体組品の長手方向寸法と同程度とすることにより、圧縮機パッケージ内の無駄なスペースを減らし、圧縮機ユニットを小形軽量にすることができる。 The length of the pipe that connects the integrated assembly and each cooler by assembling the compressor body and high-speed motor together and placing this integrated assembly directly above the main body frame that houses the precooler, aftercooler, etc. In addition, by making the longitudinal dimensions of the main body frame approximately the same as the longitudinal dimensions of the integrated assembly, the wasteful space in the compressor package can be reduced, and the compressor unit can be made smaller and lighter. can do.
次に、図1または図5に示した実施例に記載のオイルフリースクリュー圧縮機を、インバータを用いて回転数制御する場合について、図8を用いて説明する。従来のオイルフリー圧縮機では、圧縮機本体の吸込側にアンローダ組品を配置していた。このアンローダ組品は、エアシリンダー、吸込絞り弁、放気弁およびアンローダボディ等を有している。 Next, the case of controlling the rotational speed of the oil-free screw compressor described in the embodiment shown in FIG. 1 or FIG. 5 using an inverter will be described with reference to FIG. In a conventional oil-free compressor, an unloader assembly is disposed on the suction side of the compressor body. The unloader assembly includes an air cylinder, a suction throttle valve, an air release valve, an unloader body, and the like.
一方、本発明においては、圧縮機の吸込側に容量制御装置を設けず、吸込フィルター90を直接配置している。また吐出配管58により、圧縮機本体1、高温の圧縮空気を1次冷却するプレクーラ52、逆止弁55、高温の圧縮空気を2次冷却するアフタークーラ53を順に接続している。そして、逆止弁55の1次側でかつプレクーラの2次側に、放気配管93を配設し、放気配管93に放気電磁弁91を設けている。放気弁91の動作は、圧縮機の運転状態や圧縮機本体の回転数に応じて変化させる。この動作状態を表1に示す。
On the other hand, in this invention, the capacity | capacitance control apparatus is not provided in the suction side of a compressor, but the
なお、ここでは圧縮機本体の最高使用回転数を20000rpmとし、その半分の10000rpmをアンロード時回転数、すなわち下限の回転数としている。 Here, the maximum use rotation speed of the compressor main body is 20000 rpm, and half of the rotation speed is 10,000 rpm, that is, the lower limit rotation speed.
起動時に圧縮機本体は、図示しない制御装置により最高回転数まで加速される。このとき、放気弁91を開くと圧縮空気が放気されて、さらに吐出圧力が下がり、インバータ側の負荷を軽くすることができる。ロード時には、需要元のライン側の空気の使用量の増減を圧力センサ92が検出し、この圧力センサ92が検出する圧縮機ユニット出口の圧力が一定となる様に、インバータが圧縮機本体の回転数を制御し、これにより吐出空気量が制御される。
At the time of start-up, the compressor body is accelerated to the maximum number of rotations by a control device (not shown). At this time, when the
ロード状態において空気使用量が低下すると、圧縮機回転数を制御装置が低下させる。空気使用量がどんどん低下すると、圧縮機の回転数は下限側10000rpmに達する。この状態において、さらに圧力センサ92が圧力上昇を検出すると、圧縮機はアンロード運転常態にあると制御装置が判断し、制御装置が放気弁91を開く指令を出す。放気弁91を開いて圧縮空気を放気したときには、圧縮機の運転回転数は下限値になっており、吐出圧力も低く、圧縮機の動力も小さい。なお、本実施例では放気弁91に、圧力センサー92の検出圧力で電気的に開閉できる電磁弁を用いたが、本発明はそれに限るものではない。
When the amount of air used decreases in the load state, the control device decreases the compressor rotation speed. As the amount of air used decreases, the compressor speed reaches the lower limit side of 10,000 rpm. In this state, when the
以上の様に構成した本実施例では、インバータと放気弁を組合わせたので、従来用いられているアンローダ装置が不要となる。 In the present embodiment configured as described above, since the inverter and the air release valve are combined, the conventionally used unloader device becomes unnecessary.
1…圧縮機本体、2…雄ロータ、3…雌ロータ、4…ケーシング、6、7…軸受、11…ビスコシール、12…冷却ジャケット、18…被駆動側歯車、19…駆動側歯車、20…高周波インバータ、21…高速モータ、23…モータケーシング、25…モータ軸、26…ロータコア、27…ステータコア、29…負荷側軸受、30…反負荷側軸受、41、42…ビスコシール、47…冷却ジャケット、51…本体架台、52…プレクーラ、53…アフタークーラ、54…放風クーラ、55…オイルクーラ、90…吸込みフィルタ、91…放気弁、92…圧力センサ、93…放気配管。
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