JP2008095684A - 軸方向剪断力軽減装置を備えた、オイル溢流式のスクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】凸状の歯面を備えた雄ロータと、凹状の歯面部分を備えた雌ロータとを有し、雄ロータが駆動軸端部と油圧で負荷される補償ピストンとを有し、２つのロータが複数のケーシング部分によって包囲されており、圧縮機の外側又は内側に配置された調整装置が設けられ、該調整装置の少なくともインレットが、吸込み側の圧力のための測定手段に接続され、駆動力を検出するための測定手段に接続されている形式の、オイル溢流式のスクリュー圧縮機を改良して、軸受負荷を一定の低いレベルに保つようにする。
【解決手段】補償ピストンに通じる前記圧力導管内に圧力を変えるための複数の手段が配置され、これらの手段と前記調整装置とが制御技術的に接続部され、前記調整装置が、該調整装置へのインプット値である運転パラメータと、補償ピストンに通じる前記圧力導管内の圧力と間のアルゴリズムを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つのロータを備えた、オイル溢流式の（olueberflueteten）スクリュー圧縮機であって、ほぼ凸状の歯面を備えた雄ロータと、ほぼ凹状の歯面部分を備えた雌ロータとを有しており、この場合、雄ロータの軸区分に、軸方向剪断力を負荷軽減するための回転するディスク、つまり補償ピストンが無接触にシールされて配置されており、該補償ピストンは油圧で負荷され、この油圧は、前記補償ピストンのシールギャップを通過した後で、より低い圧力範囲に導出され、軸方向でガス力とは逆向きに雄ロータに作用するようになっている形式のものに関する。

２つのロータは、複数のケーシング部分によって包囲される。２つのロータの成形された部分は、軸付加部を有しており、この軸付加部は、ラジアル軸受によって包囲され、この軸付加部において、アキシャル軸受による軸方向力が受容される。ロータの軸方向に作用する、雄ロータにおけるガス力は、雌ロータと比較して比較的大きい。従って、雄ロータは補償ピストンを有している。雄ロータのアキシャル軸受に作用する力は、ロータに作用するガス力と補償ピストンに作用する負荷軽減力との差による合応力である。作業室（作業チャンバとも称呼される）は、２つのロータの歯ミゾ間のスペースと、隣接するケーシング部分と、他方の隣接する構成部分（例えば調整スライダ）とによって形成される。調整スライダの位置に応じて、周壁部分は、ロータを包囲するシリンダ区分の領域内で開放される。ケーシング内の通路システムによって、既に吸い込まれている作業媒体が、ロータ回転に基づいて小さくなる歯ミゾから、バイパスとしての、前記開放された周壁部分を通って、吸込み側に戻し案内される。これによって、圧縮機の搬送流及び軸受に作用する軸方向力が影響を受ける。

吸込み力、最終圧力、アウトレット窓の大きさ、及び調整スライダの位置に応じて、ロータに作用するガス力と補償ピストンに作用する負荷軽減力との差から成る合応力が変化する。この合応力は、圧縮機の運転状態に応じて、一方又は他方の方向に作用する。その結果、アキシャル軸受は、多かれ少なかれ強く一方又は他方の方向に負荷される。この場合、軸方向の軸受遊びの領域内、及び軸受の弾性変形の領域内で、雄ロータと、ロータプロフィールの吐出側及び吸込み側における端面側のケーシング壁部との間の間隔が変化する。負荷軽減力は、部分負荷運転時においても、雄ロータにおける軸方向のガス力を著しく越えることになる。従って、公知の技術的な解決策においては、補償ピストンの負荷軽減作用は、圧縮機の部分負荷運転時にはしゃ断される。この場合、最大部分負荷範囲内の全ガス力はアキシャル軸受に作用し、それによってアキシャル軸受の耐用年数は許容できない程度に短縮される、という欠点がある。

そこで本発明の課題は、前記従来技術における欠点を避け、軸受負荷を一定の低いレベルに保つことができるようなスクリュー圧縮機を提供することである。

この課題を解決した本発明のオイル溢流式のスクリュー圧縮機によれば、補償ピストンに通じる前記圧力導管内に圧力を変えるための複数の手段が配置されていて、これらの手段と前記調整装置とが制御技術的に接続されており、前記調整装置が、該調整装置へのインプット値である運転パラメータと、補償ピストンに通じる前記圧力導管内の圧力と間のアルゴリズムを有している。

またこの課題を解決した本発明の別の構成による、調整装置を有する、請求項１記載のオイル溢流式のスクリュー圧縮機において、補償ピストンに通じるオイル供給導管内に圧力調整弁が配置されており、調整装置と前記圧力調整弁とが制御技術的に接続されており、前記調整装置が、圧縮機の駆動軸における駆動トルクと、圧縮機の吸込み側の圧力と、補償ピストンの圧力との間の関係を含むアルゴリズムを有している。

本発明によれば、油圧は補償ピストンに（及びひいては補償ピストンの負荷軽減力に）、運転パラメータに基づいて調整される。調整装置のアウトプット信号は、有利な形式で補償ピストンに作用する圧力を、圧縮機の駆動軸における駆動トルクに関連して、及び圧縮機の吸込み側に作用する圧力に関連して、制御する。このために、本発明の第１実施例の装置によれば、調整装置のアウトプット信号が、圧力源から補償ピストンに通じるオイル供給導管内に配置された圧力制御弁に作用する。調整アルゴリズムは次のように、つまり、駆動トルクが増大するか、又は圧縮機の吸込み側の圧力が増大するか、または吸込み側の増大する圧力と増大する駆動トルクとの組み合わせに変化が生じると、補償ピストンに作用する圧力が増大するように、構成されている。有利には、このパラメータを考慮し、補償ピストンに作用する必要な圧力を計算する調整アルゴリズムが設けられている。

本発明による技術的に有利な構成では、この制御技術的な課題を実現するための手段は調整装置であり、この調整装置に、得ようとする回転数例えば４９ l/ｓ、三相非同期電動機の電圧例えば３８０Ｖ、ｃｏｓφ例えば０．９３、及び電動機の電気的な効率例えば０．９５が手動で入力されるか、又は運転中に、モータ電流を検出するための、及び圧縮機の吸込み側の圧力を検出するためのアナログインプット、並びに補償ピストンにおける所望の圧力を表すアナログ信号を有するアウトプットが、測定技術的に検出される。電圧、ｃｏｓφ、効率及びモータ電流から、調整装置のアルゴリズムで、まず圧縮機の駆動軸の出力が算出され、その結果から回転数に関連してトルクが算出される。完全な調整アルゴリズムは付加的に、アウトプット信号の算出時に圧縮機の吸込み側の圧力を考慮する。

本発明の有利な構成によれば、アウトプットは制御技術的に少なくとも圧力調整弁、例えば比例圧力制御弁に接続されており、この比例圧力制御弁において、調整装置のアウトプット信号の変化によって貫流量が調節される。貫流量に応じて、補償ピストンに作用する圧力が変化する。調整装置は、補償ピストンにおいて必要な圧力を計算するための調整アルゴリズムを有していて、またこの値を、例えば４乃至２０ｍＡの標準信号の範囲内で又は比例弁圧力制御弁のための制御電流として直接表すことができる。

本発明の別の実施例では、補償ピストンを圧力負荷するための接続部と圧力制御弁との間の導管内に圧力測定箇所が配置されている。調整装置のアウトプット信号と圧力測定箇所のアウトプット信号とは、三位制御装置に供給され、比較される。この比較結果に応じて、比例圧力制御弁は、圧力測定箇所における圧力が調整装置の算出された値を下回るとさらに開放するか、又は圧力測定箇所における圧力が調整装置の算出された値を上まわるとさらに閉鎖される。本発明の別の実施例では、補償ピストンを圧力負荷するための接続部と圧力調整弁との間の導管内に圧力測定箇所が配置されている。調整装置のアウトプット信号と、圧力測定箇所のアウトプット信号とが、三位制御装置に供給され、ここで比較される。この比較結果に応じて、圧力調整弁例えば比例圧力調整弁は、圧力測定箇所における圧力が調整装置の算出された値を下回るとさらに開放するか、又は圧力測定箇所における圧力が調整装置の算出された値を上まわるとさらに閉鎖される。

本発明の別の構成によれば、回転数制御式のオイルポンプが、補償ピストンを圧力負荷するための導管内に配置されている。三位制御装置の比較結果に応じて、圧力測定箇所における圧力が調整装置の算出された値を下回ると、オイルポンプの回転数はさらに高められるか、又は圧力測定箇所における圧力が調整装置の算出された値を下回るとさらに低められる。

本発明の装置（図１）によるスクリュー圧縮機は、雄ロータ２に相対回動不能に（つまり一緒に回転するように）結合された駆動軸端部５において、図示していないクラッチを介して駆動される。雄ロータ２の歯ミゾと雌ロータ３の歯ミゾとによって、作業室が形成されており、この作業室に吸込み側のインレットポート６が隣接している。駆動軸端部５におけるロータ回転によって、当該の歯ミゾ対のミゾ容積が変化する。軸ピンには、吸込み側においてラジアル軸受１が配置され、吐出側にはラジアル軸受９とアキシャル軸受１０とが配置されている。作業媒体の圧縮に基づくガス力によって雄ローラ２に作用する軸方向剪断力を補償するために、回転するディスク、つまり補償ピストン１１が設けられており、この補償ピストン１１は、その外径部（外周面）が無接触に液圧式にシールされて配置されている。この補償ピストン１１は、一方側が高圧オイルで負荷され、この高圧オイルは、吐出側に配置されたオイルセパレータから直接供給されるか、又はオイルポンプによって高圧にされる。補償ピストンの別の側は、ほぼ吸込み圧を有しているので、補償ピストン１１の力は、ガス力に対して軸方向で逆向きに雄ロータ２に作用する。これによって、アキシャル軸受１０が負荷軽減される。図示の実施例では、調整装置１２は調整システムの一部として配置されている。調整アルゴリズムは、補償ピストン１１に作用する圧力を、圧縮機の吸込み側に作用する圧力に基づいて、及び駆動軸端部５におけるトルク（主として供給されたモータ電圧及び回転数に関連したモータ電流による）に基づいて計算する。圧力及びモータ電流は、インターフェース１３，１４において制御器に供給される。調整装置１２は、比例圧力制御弁１７のためのアウトプット信号１６を供給する。比例制御弁１７の調整特性に従って、比例制御弁１７のアウトプットにおける圧力とインプット信号との比例的な関係が得られる。調整装置１２が圧力の増大をアルゴリズムから計算し、相応のアウトプット信号を供給すると、補償ピストン１１に作用する圧力を増大させ、また、調整装置１２が補償ピストンのための、より低い圧力を計算すると、相応のアウトプット信号が供給されて、補償ピストン１１に作用する圧力を低下させる。

本発明の装置（図２）によれば、比例圧力制御弁１７と、補償ピストンを圧力負荷するための接続部との間に圧力測定箇所１８が配置されている。調整装置１２のアウトプット信号と圧力測定箇所１８のアウトプット信号１９とは、有利には調整装置１２内に配置された三位制御装置に供給され、比較される。この比較結果に基づいて、圧力測定箇所１８における圧力が調整装置１２における算出された値よりも低ければ、比例圧力制御弁１７はさらに開放され、圧力測定箇所１８における圧力が調整装置１２において算出された値よりも高ければ、比例圧力制御弁１７はさらに閉鎖される。

入力信号によって制御可能な圧力制御弁を備えた、本発明による装置の概略的な断面図である。 三位制御装置によって制御可能な圧力制御弁を備えた、本発明の別の装置の概略図である。

符号の説明

１ ラジアル軸受、 ２ 雄ロータ、 ３ 雌ロータ、 ５ 駆動軸端部、 ６ 吸込み側のインレットポート、 ９ ラジアル軸受、 １０ アキシャル軸受、 １１ 補償ピストン、 １２ 調整装置、 １３，１４ インターフェース、 １６ アウトプット信号、 １７ 比例圧力制御弁、 １８ 圧力測定箇所、 １９ アウトプット信号

Claims (9)

1. ２つのロータを備えた、オイル溢流式のスクリュー圧縮機であって、ほぼ凸状の歯面を備えた雄ロータと、ほぼ凹状の歯面部分を備えた雌ロータとを有しており、前記雄ロータが、駆動軸端部と油圧で負荷される補償ピストンとを有していて、該補償ピストンに圧力導管を介してオイルが供給されるようになっており、前記２つのロータが複数のケーシング部分によって包囲されており、圧縮機に接して又は圧縮機の内側に配置された調整装置が設けられていて、該調整装置のインレットが、少なくとも吸込み側の圧力のための測定手段に接続され、また駆動力を検出するための測定手段に接続されている形式のものにおいて、
   補償ピストンに通じる前記圧力導管内に圧力を変えるための複数の手段が配置されていて、これらの手段と前記調整装置とが制御技術的に接続されており、前記調整装置が、該調整装置へのインプット値である運転パラメータと、補償ピストンに通じる前記圧力導管内の圧力と間のアルゴリズムを有していることを特徴とする、オイル溢流式のスクリュー圧縮機。
2. 調整装置を有する、請求項１記載のオイル溢流式のスクリュー圧縮機において、
   補償ピストンに通じるオイル供給導管内に圧力調整弁が配置されており、調整装置と前記圧力調整弁とが制御技術的に接続されており、前記調整装置が、圧縮機の駆動軸における駆動トルクと、圧縮機の吸込み側の圧力と、補償ピストンの圧力との間の関係を含むアルゴリズムを有していることを特徴とする、オイル溢流式のスクリュー圧縮機。
3. 前記調整アルゴリズムの関係が次のように、つまり、駆動トルクが増大するか、又は圧縮機の吸込み側の圧力が増大するか、または吸込み側の増大する圧力と増大する駆動トルクとの組み合わせに変化が生じると、油圧で負荷される補償ピストンに作用する圧力が増大するように、構成されている、請求項１又は２記載のオイル溢流式のスクリュー圧縮機。
4. 前記調整アルゴリズムの関係が次のように、つまり、駆動トルクが減少するか、又は圧縮機の吸込み側の圧力が減少するか、または吸込み側の減少する圧力と減少する駆動トルクとの組み合わせにおいて変化が生じると、油圧で負荷される補償ピストンに作用する圧力が減少するように、構成されている、請求項１又は２記載のオイル溢流式のスクリュー圧縮機。
5. 調整装置のアウトプットが、制御技術的に少なくとも圧力調整弁に接続されている、請求項１記載のオイル溢流式のスクリュー圧縮機。
6. 調整装置のアウトプット信号が、油圧で負荷される補償ピストンに作用する圧力を調節する、請求項５記載のスクリュー圧縮機。
7. 比例圧力調整弁と、補償ピストンの油圧負荷部に通じる接続部との間の導管内に、圧力測定箇所が配置されていて、該圧力測定箇所のアウトプット信号が三位制御装置に接続されている、請求項５記載のスクリュー圧縮機。
8. 調整装置のアウトプット信号が目標値であって、圧力測定箇所のアウトプット信号が実際値であり、これらの目標値及び実際値が、三位制御装置における入力値であって、該三位制御装置が、出口側で制御技術的に三位制御弁に接続されている、請求項７記載のスクリュー圧縮機。
9. 補償ピストンを圧力負荷するための供給導管内に、回転数制御式のオイルポンプが配置されており、該オイルポンプの回転数が三位制御装置の比較結果に関連付けされている、請求項１、６又は８記載のスクリュー圧縮機。

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