JP2015203338A - compressor - Google Patents

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JP2015203338A JP2014082443A JP2014082443A JP2015203338A JP 2015203338 A JP2015203338 A JP 2015203338A JP 2014082443 A JP2014082443 A JP 2014082443A JP 2014082443 A JP2014082443 A JP 2014082443A JP 2015203338 A JP2015203338 A JP 2015203338A
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伸之 成澤
Nobuyuki Narusawa
伸之 成澤
博 三橋
Hiroshi Mihashi
博 三橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compressor capable of efficiently restraining vibration at startup and a load to respective parts accompanied by the vibration even in a relatively large reciprocating compressor having large reactive force at startup.SOLUTION: A compressor includes a compressor body 1 compressing fluid, a motor 3 for driving the compressor body, a compressor pulley 2 rotated in accordance with driving of the compressor body, a motor pulley 4 rotated in accordance with driving of the motor, a belt 5 transmitting power of the motor pulley to the compressor pulley, a frame 7 in which the compressor body and the motor are arranged, and a vibration control member 6 for reducing vibration of the frame. A following expression is satisfied when a natural frequency in a case where the belt is used as a spring and the motor pulley is used as a weight is ω and a natural frequency in a case where the vibration control member is used as the spring and the frame and the ones arranged in the frame are used as weights is ωn.

Description

本発明は、圧縮機に関する。   The present invention relates to a compressor.

本技術分野の背景技術として、特許文献1がある。特許文献1の圧縮機は、圧縮機本体と支持部材を傾斜配置した複数の防振ゴムによって支持することで振動を低減している。   As a background art of this technical field, there is Patent Document 1. The compressor of Patent Document 1 reduces vibration by supporting the compressor main body and the support member with a plurality of vibration-proof rubbers arranged in an inclined manner.

特開2010-37961号公報JP 2010-37961 A

圧縮機を代表とする回転機械では、回転部品の不釣り合いやトルク変動によって生じる振動と、その振動によって機械各部に生じる負荷が問題となる。このため機械を固定する懸架台を防振バネなどで支持し、バネ上質量とバネ定数によって決定される系の固有振動数と、回転機械の回転数との関係を調整することで、バネ上構造物の振幅や地面への振動伝達を抑制する手法がとられる。   In a rotating machine represented by a compressor, vibrations caused by imbalance of rotating parts and torque fluctuations and loads generated in the machine parts due to the vibrations become a problem. For this reason, the suspension base that fixes the machine is supported by an anti-vibration spring, etc., and the relationship between the natural frequency of the system determined by the sprung mass and the spring constant and the rotational speed of the rotating machine is adjusted. A method of suppressing the amplitude of the structure and vibration transmission to the ground is taken.

特許文献1は、回転機械の一例として、往復動圧縮機を対象として、傾斜配置した防振バネ複数個によって本体を支持することで、定常回転時および停止減速時の振動低減を図っている。   Patent Document 1 aims at reducing vibrations during steady rotation and stop deceleration by supporting a main body by a plurality of anti-vibration springs that are inclined and arranged for a reciprocating compressor as an example of a rotary machine.

しかし、実際に振動負荷が大きくなるのは、定常回転時や停止減速時といった運転モードのときではなく、そのほとんどは始動時である。定常回転時や停止減速時における振動は、機械全体を大きく揺らし、全体で振動変位を吸収する傾向がある。一方、始動時における振動は、回転機械に衝撃的に加わるモータの始動トルクによって局所的に発生する。そのため、始動時における振動は、防振バネによる支持を工夫しただけでは抑制できない。   However, the vibration load actually increases not during the operation mode such as during steady rotation or during stop deceleration, but most of the vibration load is during start-up. Vibrations during steady rotation or stop deceleration tend to greatly shake the entire machine and absorb vibration displacement as a whole. On the other hand, the vibration at the time of starting is locally generated by the starting torque of the motor that is impacted on the rotating machine. Therefore, the vibration at the time of starting cannot be suppressed only by devising the support by the anti-vibration spring.

上記問題点に鑑み、本発明では、ベルトをバネとして見て、固有振動数を考慮して、各種パラメータを設定することで、簡便な方式で始動時の振動を抑制可能な圧縮機の提供を目的とする。   In view of the above problems, the present invention provides a compressor capable of suppressing vibration at start-up by a simple method by setting various parameters in consideration of the natural frequency when the belt is viewed as a spring. Objective.

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。   In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted.

本発明は上記課題を解決する手段を多数含んでいるが、その一例を挙げるならば、n気筒のシリンダを有し、流体を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動するモータと、前記圧縮機本体の駆動に伴って回転する圧縮機プーリと、前記モータの駆動に伴って回転するモータプーリと、圧縮機プーリに前記モータプーリの動力を伝達するベルトと、前記圧縮機本体および前記モータが配置されるフレームと、前記フレームの振動を低減させる防振部材とを備え、前記ベルトをバネとし、前記圧縮機プーリおよびモータプーリを錘としたときの固有振動数をω、前記防振部材をバネとし、前記フレームおよび前記フレームに配置されるものを錘としたときの固有振動数をωnとしたとき、以下の式1を満たすことを特徴とする。

Figure 2015203338
The present invention includes a number of means for solving the above-mentioned problems. For example, a compressor body having an n-cylinder cylinder and compressing a fluid, a motor for driving the compressor body, A compressor pulley that rotates as the compressor body is driven; a motor pulley that rotates as the motor is driven; a belt that transmits the power of the motor pulley to the compressor pulley; the compressor body and the motor; And a vibration isolating member for reducing vibration of the frame. The natural frequency when the belt is a spring and the compressor pulley and the motor pulley are weights is ω, and the vibration isolating member is a spring. The following equation 1 is satisfied, where ωn is the natural frequency when the frame and the one arranged on the frame are weights.

Figure 2015203338

本発明によれば、簡便な方式で始動時の振動を抑制可能な圧縮機の提供が可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the compressor which can suppress the vibration at the time of a start by a simple system.

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。   Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the following description of embodiments.

本発明の実施例1における圧縮機の構成図である。It is a block diagram of the compressor in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における圧縮機本体内部の構成図である。It is a block diagram inside the compressor main body in Example 1 of this invention. 本発明に実施例1における圧縮機のクランク軸角度と、シリンダ内圧力および軸負荷トルクの相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of the crankshaft angle of the compressor in Example 1 in this invention, a cylinder internal pressure, and a shaft load torque. 本発明の実施例1における圧縮機の振動数比と振幅倍率の相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of the frequency ratio of a compressor and amplitude magnification in Example 1 of this invention. 本発明に実施例1おける圧縮機の、始動時におけるプーリ回転数とフレーム応力の相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of the pulley rotation speed and flame | frame stress at the time of starting of the compressor in Example 1 in this invention. 図5の一部を拡大したグラフである。It is the graph which expanded a part of FIG. 本発明の実施例1の変形例における圧縮機の構成図である。It is a block diagram of the compressor in the modification of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2における圧縮機の構成図である。It is a block diagram of the compressor in Example 2 of this invention. 本発明の実施例2における圧縮機の振動数比と振幅倍率の相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of the frequency ratio of a compressor and amplitude magnification in Example 2 of this invention.

以下、実施例1について図面を用いて説明する。   Hereinafter, Example 1 will be described with reference to the drawings.

最初に、本実施例における基本的な圧縮機の構成と、従来の振動対策の考え、および本実施例の概念を説明する。   First, the basic compressor configuration in this embodiment, the idea of conventional vibration countermeasures, and the concept of this embodiment will be described.

図1は本実施例における基本的な圧縮機の概略図を示している。また、図2は図1における圧縮機本体部の内部構造の概略図を示している。   FIG. 1 shows a schematic diagram of a basic compressor in the present embodiment. FIG. 2 shows a schematic diagram of the internal structure of the compressor body in FIG.

図1に示す本圧縮機は、床面などの上に防振バネ6を介して支持されている支持フレーム7、このフレーム7上に設置される圧縮機本体1からなっている。   The compressor shown in FIG. 1 includes a support frame 7 that is supported on a floor surface or the like via an anti-vibration spring 6, and a compressor body 1 that is installed on the frame 7.

圧縮機本体1は流体を圧縮するものであり、その内部構造は図2に示すように、クランク室21とクランク室21から鉛直方向に突出するひとつのシリンダ22と、このシリンダ22の上部を閉鎖するシリンダヘッド23と、クランク室21の中央に回転可能に支持されたクランク軸24とを有している。この圧縮機本体部1は、クランク室21内のクランク軸24が回転することで、シリンダ22内に設置されたピストン25が鉛直方向に往復動し、その結果流体を吸引し圧縮して吐出す。なお、図1および図2では説明簡略化のため圧縮機形状はピストン・シリンダを一対しか持たない単気筒としているが、クランク軸に対して直列あるいは放射状に複数気筒のピストン・シリンダを有するケースもある。   As shown in FIG. 2, the compressor main body 1 compresses fluid. As shown in FIG. 2, the compressor body 1 closes the crank chamber 21, one cylinder 22 projecting vertically from the crank chamber 21, and the upper portion of the cylinder 22. And a crankshaft 24 that is rotatably supported at the center of the crank chamber 21. In the compressor main body 1, the crankshaft 24 in the crank chamber 21 rotates, whereby the piston 25 installed in the cylinder 22 reciprocates in the vertical direction. As a result, the fluid is sucked, compressed, and discharged. . In FIGS. 1 and 2, the compressor shape is a single cylinder having only one pair of pistons and cylinders for simplification of explanation, but there are cases where a plurality of pistons and cylinders are arranged in series or radially with respect to the crankshaft. is there.

圧縮機本体1は、クランク軸24をモータ3の回転軸と並行に配置した状態で支持フレーム7の上面に固定されており、クランク軸24には圧縮機プーリ2が、モータ軸にはモータプーリ4が固定されている。圧縮機本体部1に付設された圧縮機プーリは、羽根を有しており、その回転にともない冷却風を圧縮機本体1に向けて発生させることで、圧縮機本体部1の放熱を促す。   The compressor body 1 is fixed to the upper surface of the support frame 7 with the crankshaft 24 disposed in parallel with the rotation shaft of the motor 3, and the compressor pulley 2 is attached to the crankshaft 24 and the motor pulley 4 is attached to the motor shaft. Is fixed. A compressor pulley attached to the compressor main body 1 has blades, and generates cooling air toward the compressor main body 1 along with the rotation of the compressor pulley, thereby promoting heat dissipation of the compressor main body 1.

圧縮機プーリ2およびモータプーリ4には動力伝達のための伝動ベルト5が巻回されている。これにより、モータ3の回転にしたがってモータプーリ4、伝動ベルト5および圧縮機プーリ2を介して圧縮機本体1のクランク軸24が回転駆動されて、圧縮機本体1が流体を圧縮する。   A power transmission belt 5 for power transmission is wound around the compressor pulley 2 and the motor pulley 4. Thereby, the crankshaft 24 of the compressor body 1 is rotationally driven through the motor pulley 4, the transmission belt 5 and the compressor pulley 2 according to the rotation of the motor 3, and the compressor body 1 compresses the fluid.

ここで、定常時における往復動慣性力による加振周波数ωについて説明する。   Here, the excitation frequency ω due to the reciprocating inertia force in the steady state will be described.

図1および図2に示すような往復動圧縮機は、その機構上不連続的に流体を圧縮する動作を行うため、ピストン25に負荷されるシリンダ内圧力、およびそれによってクランク軸24に生じる軸負荷トルクは、クランク軸24が一回転する間に大きく変動する。図3にクランク軸24の回転角と、それにともなうシリンダ内圧および軸負荷トルクの変化の一例を示す。   The reciprocating compressor as shown in FIG. 1 and FIG. 2 performs the operation of compressing fluid discontinuously on its mechanism, so that the cylinder internal pressure applied to the piston 25 and the shaft generated on the crankshaft 24 thereby. The load torque varies greatly while the crankshaft 24 makes one revolution. FIG. 3 shows an example of changes in the rotation angle of the crankshaft 24 and the accompanying cylinder internal pressure and shaft load torque.

このような軸負荷トルクの大きな変動は、モータ3の電流値を変動させることでその実効値を増加させ、電気系統の負荷となる。したがって、一般に往復動圧縮機はこのトルク変動を平滑化するためのフライホイールを有しており、特に圧縮機プーリ2に慣性モーメントを持たせることで、この働きを兼ねていることが多い。これは、圧縮機プーリ2に対して圧縮機本体部1を冷却するための大型の羽根と、伝動ベルト5の張力に耐える剛性を持たせようとした場合、必然的に慣性モーメントが大きくなることからも都合が良いためである。   Such a large change in the shaft load torque increases the effective value by changing the current value of the motor 3 and becomes a load on the electric system. Therefore, the reciprocating compressor generally has a flywheel for smoothing the torque fluctuation, and in particular, this function is often achieved by giving the compressor pulley 2 a moment of inertia. This is because the moment of inertia inevitably increases when trying to give the compressor pulley 2 a large blade for cooling the compressor main body 1 and rigidity to withstand the tension of the transmission belt 5. It is because it is convenient from.

ところで、上記のような往復動圧縮機を運転した場合に、ピストン25などの部品が往復動することによる慣性力のため、圧縮機本体1は振動する。この振動による負荷を抑制するべく、クランク軸24にはバランスウエイト24aが付設されており、その回転にともなう遠心力によって往復動慣性力の一部を相殺する、いわゆるハーフバランシングが行われる。さらに、このハーフバランシングによっても抑制しきれず残るアンバランス成分に対しては、圧縮機本体部1を固定しているフレーム7を防振バネ(防振部材)6によって支持し、そのバネ定数と、圧縮機本体部1および圧縮機プーリ2、フレーム7から構成されるバネ上構造物の合計質量の関係を調整することで対策する。すなわち、バネ上構造物の合計質量をm、防振バネのバネ定数をk、加振力の最大値をF0、その加振の角周波数をωとした場合に、この系のx方向(地面に垂直方向)の運動方程式は、

Figure 2015203338
By the way, when the above-described reciprocating compressor is operated, the compressor main body 1 vibrates due to the inertial force caused by the reciprocating motion of components such as the piston 25. In order to suppress the load caused by this vibration, a balance weight 24a is attached to the crankshaft 24, and so-called half balancing is performed in which a part of the reciprocating inertia force is canceled by a centrifugal force accompanying the rotation. Furthermore, for the unbalanced component that cannot be suppressed even by this half balancing, the frame 7 that fixes the compressor body 1 is supported by a vibration isolating spring (vibration isolating member) 6, A countermeasure is taken by adjusting the relationship of the total mass of the sprung structure composed of the compressor body 1, the compressor pulley 2, and the frame 7. That is, when the total mass of the sprung structure is m, the spring constant of the vibration isolating spring is k, the maximum value of the excitation force is F0, and the angular frequency of the excitation is ω, (Vertical direction) equation of motion is

Figure 2015203338

と表記される。上式より、防振バネ6をバネとし、フレーム7およびフレーム7に配置されるものを錘としたときの固有角周波数ωnとして次式が得られる。

Figure 2015203338
It is written. From the above equation, the following equation is obtained as the natural angular frequency ωn when the vibration-proof spring 6 is a spring and the frame 7 and the frame 7 are weights.

Figure 2015203338

また、この系の振幅倍率Xとして次式が得られる。

Figure 2015203338
Further, the following equation is obtained as the amplitude magnification X of this system.

Figure 2015203338

なお、xstは加振力F0が静的に作用した場合のバネのたわみであり、xst =F0/kである。   Note that xst is the deflection of the spring when the excitation force F0 acts statically, and xst = F0 / k.

図4はこの1自由度振動系におけるω/ωnと振幅倍率の相関を表したものである。図においてω/ωn=1、すなわち圧縮機本体1の回転数が固有振動数と等しくなったとき、共振が生じ振幅が無限大となることが分かる。また、ω/ωn=√2において振幅倍率は1となり、それ以上の領域では、バネ上構造物の振幅を往復動慣性力による加振の振幅以下に抑えることができる。言い換えれば、防振バネによる防振効果が発揮される。逆にω/ωn<√2となる領域では、振幅倍率は1以上となるため、共振点に近付けば近付くほどバネ上構造物の振動は悪化する。   FIG. 4 shows the correlation between ω / ωn and amplitude magnification in this one-degree-of-freedom vibration system. In the figure, it can be seen that when ω / ωn = 1, that is, when the rotation speed of the compressor body 1 becomes equal to the natural frequency, resonance occurs and the amplitude becomes infinite. In addition, the amplitude magnification is 1 at ω / ωn = √2, and in the region beyond that, the amplitude of the sprung structure can be suppressed to be equal to or less than the amplitude of the excitation by the reciprocating inertia force. In other words, the anti-vibration effect by the anti-vibration spring is exhibited. On the other hand, in the region where ω / ωn <√2, the amplitude magnification is 1 or more. Therefore, the closer to the resonance point, the worse the vibration of the sprung structure.

ゆえに系の振動対策としては、この系の固有角周波数ωnと、圧縮機本体1の回転数、つまりは往復動慣性力による加振の角周波数ωnの比ω/ωnについて、次式の関係を満たすように設定する。

Figure 2015203338
Therefore, as a countermeasure against vibrations of the system, the relationship of the following equation between the natural angular frequency ωn of this system and the rotation speed of the compressor body 1, that is, the ratio ω / ωn of the angular frequency ωn of vibration due to the reciprocating inertia force is Set to meet.

Figure 2015203338

なお、定常回転時の往復動慣性力による加振周波数ωは本体回転数のシリンダ数倍になる。本実施例では簡略化のため圧縮機本体1がひとつのシリンダを有する、単気筒機であるとしているが、実際には2気筒以上のシリンダを有する往復動圧縮機も存在する。この場合、定常回転時の加振周波数ωは本体回転数のシリンダ数倍して計算することになる。   In addition, the excitation frequency ω due to the reciprocating inertial force at the time of steady rotation is a number of cylinders that is the number of rotations of the main body. In the present embodiment, for the sake of simplicity, the compressor body 1 is assumed to be a single-cylinder machine having one cylinder, but there is actually a reciprocating compressor having two or more cylinders. In this case, the excitation frequency ω at the time of steady rotation is calculated by multiplying the number of cylinders by the number of main body rotations.

しかし、定常回転時に振動過大になるのはごくまれである。振動過大になるほとんどの場合はむしろ始動時であり、圧縮機本体1の回転が定常回転数に達する前である。そこで、本実施例では、始動時おける、加振周波数ωを計算し、始動時おける振動を抑制できるように各種パラメータを設定した。   However, it is rare that excessive vibration occurs during steady rotation. In most cases, excessive vibration occurs at the time of starting, and before the rotation of the compressor body 1 reaches the steady rotational speed. Therefore, in this embodiment, the excitation frequency ω at the start is calculated, and various parameters are set so that the vibration at the start can be suppressed.

なお、2気筒以上のシリンダを有する往復動圧縮機であっても加振周波数ωを用いて計算する。   Note that even a reciprocating compressor having two or more cylinders is calculated using the excitation frequency ω.

図5、6を用いて、始動時における加振周波数ωを計算する方法について説明する。   A method for calculating the excitation frequency ω at the start will be described with reference to FIGS.

図5はある往復動圧縮機の始動時において、その回転数と、圧縮機本体1の固定フレーム7の溶接部に生じる応力を同時に測定した例である。図より、圧縮機の回転速度が定常回転に達するよりも前の、始動から数10msecの時点で、応力の振幅がピークを迎えていることが分かる。また、定常回転に達した後のひずみの振幅は、始動時よりもレベルとして小さいことが確認できる。   FIG. 5 shows an example in which, at the time of starting a certain reciprocating compressor, the number of rotations thereof and the stress generated in the welded portion of the fixed frame 7 of the compressor body 1 are simultaneously measured. From the figure, it can be seen that the stress amplitude reaches a peak at a time of several tens of msec from the start before the rotation speed of the compressor reaches the steady rotation. Moreover, it can be confirmed that the amplitude of the strain after reaching the steady rotation is smaller than that at the start.

これは、定常回転時における振動が図1に示すバネ上構造物全体を大きく揺らし、全体で振動変位を吸収する傾向があるのに対して、始動時における振動は圧縮機本体1に衝撃的に加わるモータ3の始動トルクによって局部的に発生するため、結果的にフレーム7などに加わる負荷としては始動時の方がはるかに過酷であることによる。   This is because vibration during steady rotation greatly shakes the whole sprung structure shown in FIG. 1 and tends to absorb vibration displacement as a whole. This is generated locally by the starting torque of the applied motor 3, and as a result, the load applied to the frame 7 or the like is much more severe at the time of starting.

以降より、この始動時の負荷を生じさせるメカニズムについて説明する。   Hereinafter, a mechanism for generating the load at the start will be described.

図6は、図5において、モータプーリ4の回転速度の立ち上がり部分を拡大したものである。図より、モータプーリ4の回転数自体がフレーム7の応力振幅と同じ周期で微少に振動しながら上昇していることが分かる。これに対して、圧縮機プーリ2の回転数にはモータプーリ4のような振動はみられず、スムーズに回転を始めている。   FIG. 6 is an enlarged view of the rising portion of the rotational speed of the motor pulley 4 in FIG. From the figure, it can be seen that the number of revolutions of the motor pulley 4 rises while slightly vibrating at the same period as the stress amplitude of the frame 7. On the other hand, the rotation speed of the compressor pulley 2 does not show the vibration like the motor pulley 4 and starts to rotate smoothly.

このことは、始動時にモータプーリ4が回転を始めた瞬間、慣性モーメントの大きい圧縮機プーリ2はその回転に即座に追従できず、モータプーリ4に対してわずかに回転遅れが生じることを示唆している。この遅れがあることで伝動ベルト5は引き伸ばされ、そのバネ性による力がモータ3のトルクに抵抗するため、モータプーリ4の回転数が僅かに低下することになる。次に圧縮機プーリ2が遅れて回転を始めると、伝動ベルト5の伸びは減少しバネ力は低下するため、モータプーリ4の回転数が回復する。以上のような一連の動作によって、モータプーリ4の回転数は振動しながら上昇していく。   This suggests that the compressor pulley 2 having a large moment of inertia cannot immediately follow the rotation at the moment when the motor pulley 4 starts to rotate at the start, and a slight rotational delay occurs with respect to the motor pulley 4. . Due to this delay, the transmission belt 5 is stretched, and the force due to the spring property resists the torque of the motor 3, so that the rotational speed of the motor pulley 4 slightly decreases. Next, when the compressor pulley 2 starts to rotate with a delay, the elongation of the transmission belt 5 decreases and the spring force decreases, so that the rotational speed of the motor pulley 4 is recovered. By the series of operations as described above, the rotational speed of the motor pulley 4 increases while vibrating.

上記振動現象は、モータ3始動時にステップ入力的に立ち上がるモータトルクが、モータプーリ4および圧縮機プーリ2を錘とし、伝動ベルト5をバネとした2自由度回転振動系の固有振動を励起しているものと言い換えることができる。   In the above vibration phenomenon, the motor torque that rises as a step input when the motor 3 is started excites the natural vibration of the two-degree-of-freedom rotational vibration system that uses the motor pulley 4 and the compressor pulley 2 as weights and the transmission belt 5 as a spring. In other words.

そこで、本実施例では、上記振動現象に着目して固有振動数を求め、始動時における振動を抑制できる条件に基づいて、各種パラメータを設定した。   Therefore, in this embodiment, the natural frequency is obtained by paying attention to the above-described vibration phenomenon, and various parameters are set based on the conditions that can suppress the vibration at the start.

振動系の運動方程式をたてると、次式のようになる。

Figure 2015203338
The equation of motion of the vibration system is as follows.

Figure 2015203338


Figure 2015203338

Figure 2015203338

ただしIはプーリの慣性モーメント、θはプーリの回転角、xは伝動ベルト5の伸び、cは伝動ベルト5の減衰係数、kBは伝動ベルトのバネ定数を、添え字のM,Vはそれぞれモータプーリ、圧縮機プーリと示している。   Where I is the moment of inertia of the pulley, θ is the rotation angle of the pulley, x is the extension of the transmission belt 5, c is the damping coefficient of the transmission belt 5, kB is the spring constant of the transmission belt, and the subscripts M and V are the motor pulleys, respectively. The compressor pulley is shown.

伝動ベルトののびxはモータプーリ、圧縮機プーリそれぞれの回転角に対する孤の長さの差として考えられるから、

Figure 2015203338
Since the extension x of the transmission belt is considered as the difference in arc length with respect to the rotation angles of the motor pulley and the compressor pulley,

Figure 2015203338


Figure 2015203338

Figure 2015203338

ただし、Dはプーリのピッチ円直径である。   Where D is the pitch circle diameter of the pulley.

簡略化のため減衰項を除外した上で固有角周波数を求めると、次式のようになる。

Figure 2015203338
For simplification, the natural angular frequency is obtained after excluding the attenuation term, and the following equation is obtained.

Figure 2015203338

ω1=0は回転振動系において解としての意味はないため、2次モードの固有角周波数であるω2が前述の振動の固有値となる。   Since ω1 = 0 has no meaning as a solution in the rotational vibration system, ω2, which is the natural angular frequency of the second-order mode, is the eigenvalue of the vibration described above.

ところで、このモータプーリの回転振動現象は、圧縮機本体1から見ると、クランク軸を加振点として圧縮機本体1全体をω2周期で加振していることになる。したがって、このω2と(1)で表されるバネ上構造物の固有振動数ωnが近い場合には前述の通り共振現象が生じる。この結果として、図5、図6に示したような鋭いピークを持つ応力波形が生じることになる。   By the way, the rotational vibration phenomenon of the motor pulley, when viewed from the compressor body 1, means that the entire compressor body 1 is vibrated at a cycle of ω2 with the crankshaft as the excitation point. Therefore, when ω2 and the natural frequency ωn of the sprung structure represented by (1) are close, a resonance phenomenon occurs as described above. As a result, a stress waveform having a sharp peak as shown in FIGS. 5 and 6 is generated.

そこで、本実施例では、始動時の振動を低減するため、ω=ω2とした場合の前述の(4)式が成立するよう各パラメータを調整した。   Therefore, in this embodiment, in order to reduce the vibration at the time of starting, each parameter was adjusted so that the above-described equation (4) when ω = ω2 was satisfied.

以上までの内容では、図1に示すようにプーリ・ベルトからなる2自由度回転振動系の加振源となるモータ3は、圧縮機本体1が固定されたフレームに対して絶縁されて(振動が伝達しないように)配置されているものとして説明を行った。   In the above description, as shown in FIG. 1, the motor 3 serving as the excitation source of the two-degree-of-freedom rotational vibration system including a pulley and a belt is insulated from the frame on which the compressor body 1 is fixed (vibration It was described as being arranged (so as not to communicate).

ここで、もし図7に示すように圧縮機本体1とモータ3が同一のバネ上に存在するような場合、フレーム7を剛体ととらえると、プーリ・ベルト系の振動による力は剛体内部の反力によって釣り合うため、バネ上質量系の振動に影響を及ぼさない。   Here, if the compressor body 1 and the motor 3 exist on the same spring as shown in FIG. 7, if the frame 7 is regarded as a rigid body, the force caused by the vibration of the pulley / belt system will cause the reaction inside the rigid body to react. Because it balances with the force, it does not affect the vibration of the sprung mass system.

しかし、実際の圧縮機を支持するフレームは溶接板金等で構成されるため、剛体ではなくある弾性を持った連続体と考えられ、プーリ・ベルト系の振動がフレームの変形を介して同様にバネ上質量系が加振するモードが生じる。したがって、図7のような構成の圧縮機においても同様の振動数比の関係が適用できるため、式(4)の設定とすることで始動時の振動を低減することが可能である。   However, since the frame that supports the actual compressor is made of welded sheet metal or the like, it is considered to be a continuous body with some elasticity, not a rigid body. A mode in which the upper mass system vibrates occurs. Therefore, since the same frequency ratio relationship can be applied to the compressor having the configuration as shown in FIG. 7, it is possible to reduce the vibration at the start by setting the equation (4).

なお、本図では説明簡略化のためにバネ上構造物が鉛直方向のみに振動する1自由度振動系として取り扱っているが、式(4)の関係は任意の自由度の振動系に置き換えて考えることも可能である。たとえば図8のように圧縮機本体1とモータ3が同じ架台の上に並置されている場合には、これを2自由度振動系に置き換えて考えると、その固有角周波数ωnは次式を満たす。

Figure 2015203338
In this figure, for simplicity of explanation, the sprung structure is treated as a one-degree-of-freedom vibration system that vibrates only in the vertical direction. However, the relationship of equation (4) is replaced with a vibration system of any degree of freedom. It is also possible to think. For example, when the compressor main body 1 and the motor 3 are juxtaposed on the same base as shown in FIG. 8, the natural angular frequency ωn satisfies the following equation when this is replaced with a two-degree-of-freedom vibration system. .

Figure 2015203338

ここで、k1,k2は図8においてフレーム7を支持している左右の防振バネそれぞれのバネ定数、Iはバネ上構造物の慣性モーメント、mはバネ上構造物の質量、sはバネ上構造物の重心GとE点の水平方向距離である。また、E点位置は次式で求められる。

Figure 2015203338
Here, k1 and k2 are the spring constants of the left and right anti-vibration springs supporting the frame 7 in FIG. 8, I is the moment of inertia of the sprung structure, m is the mass of the sprung structure, and s is the sprung This is the horizontal distance between the center of gravity G and point E of the structure. Further, the position of point E can be obtained by the following equation.

Figure 2015203338

(10)式より求められる固有振動数に対しても、または(4)式を満足するよう各パラメータを調整することで始動時の振動を低減することが可能である。   It is possible to reduce the vibration at the time of starting by adjusting each parameter so as to satisfy the natural frequency obtained from the equation (10) or satisfying the equation (4).

なお、始動時における加振周波数ωについては、式(9)と同様である。   Note that the excitation frequency ω at the time of start is the same as in equation (9).

以上より、本実施例によれば、モータプーリ4および圧縮機プーリ2を錘とし、伝動ベルト5をバネとした2自由度回転振動系の固有振動数を考慮して各種パラ―メタを設定することで、圧縮機始動時の振動を効果的に抑制することができる。   As described above, according to this embodiment, various parameters are set in consideration of the natural frequency of the two-degree-of-freedom rotational vibration system in which the motor pulley 4 and the compressor pulley 2 are weights and the transmission belt 5 is a spring. Thus, vibration at the start of the compressor can be effectively suppressed.

本実施例では、バネ上質量系の固有振動数ωnと、プーリ・ベルト系の固有振動数ω2の関係が(4)式を満足しないような場合でも、始動時の振動を低減可能な構成について説明する。   In this embodiment, even when the relationship between the natural frequency ωn of the sprung mass system and the natural frequency ω2 of the pulley / belt system does not satisfy the formula (4), the configuration can reduce the vibration at the start. explain.

(4)式中のパラメータは、圧縮機本体1の諸元と大きくかかわるため、調整代がない場合も多々ある。たとえば、圧縮機プーリ2の径はシリンダヘッドを冷却するためのファン径から決定されるし、前述の通りトルク変動を相殺するため、回転体としての慣性モーメントもあるレベル以上が要求される。一方でモータプーリ4は、圧縮機本体1の回転数の設計値によって圧縮機プーリ2との径比が決定されるし、伝動ベルト5は伝達動力から種別が限定されるため、市販品を使用する場合には自ずとバネ定数も限定される。これらの事項を勘案して(2)式を成立させようとすると、極端に大きなプーリを使用しなければならないなど、製品全体のバランス悪化を招くケースもある。   Since the parameters in equation (4) are greatly related to the specifications of the compressor body 1, there are many cases where there is no adjustment allowance. For example, the diameter of the compressor pulley 2 is determined from the diameter of the fan for cooling the cylinder head, and as described above, in order to cancel the torque fluctuation, the inertia moment as the rotating body is required to be a certain level or more. On the other hand, the motor pulley 4 has a diameter ratio with the compressor pulley 2 determined by the design value of the number of revolutions of the compressor body 1, and the transmission belt 5 is a commercially available product because the type is limited based on the transmission power. In some cases, the spring constant is naturally limited. Taking these matters into consideration, there is a case where the balance of the entire product is deteriorated, for example, an extremely large pulley must be used if Equation (2) is to be satisfied.

そこで本実施例では、モータプーリの振動現象に対し、前述のような機械的対策ではなく、電気的な側面から対策を行う方法について説明する。   Therefore, in this embodiment, a method for taking measures against the vibration phenomenon of the motor pulley from the electrical side, not the mechanical measures as described above, will be described.

問題となるプーリ・ベルト系の固有振動はモータ3の始動トルクによって励起されるのであって、その振動振幅は始動トルクの大きさに比例する。一方でモータ3の始動トルクは供給電圧に比例するため、始動時から一定時間のみ供給電圧を低減するような電気的制御を行うことによって、始動トルクおよび振動振幅の低減が可能となる。   The natural vibration of the pulley-belt system in question is excited by the starting torque of the motor 3, and the vibration amplitude is proportional to the magnitude of the starting torque. On the other hand, since the starting torque of the motor 3 is proportional to the supply voltage, it is possible to reduce the starting torque and the vibration amplitude by performing electrical control so as to reduce the supply voltage only for a predetermined time from the start.

そこで、本実施例では、始動時にモータ3への供給電圧を低減させる負荷軽減回路を用いて、始動時の振動を抑制している。   Therefore, in this embodiment, the vibration at the time of starting is suppressed by using a load reducing circuit that reduces the supply voltage to the motor 3 at the time of starting.

このときの負荷軽減回路による電気的制御は、過大電流の防止による配線系統の保護などの効果もあり、スターデルタ方式やコンドルファ方式など、種々の方式が実用化されている。これらの始動方式を搭載することで、特に(4)式が成立しない構成であっても振動を抑制可能となる場合がある。   The electrical control by the load reducing circuit at this time has an effect of protecting the wiring system by preventing an excessive current, and various systems such as a star delta system and a condorfa system have been put into practical use. By installing these starting methods, vibrations may be able to be suppressed even in the configuration in which equation (4) is not satisfied.

以下に、例としてスターデルタ方式を使用した場合の振動低減方法について説明する。図1に示した圧縮機構成を例にとって、(1)式を以下のように書き直す。

Figure 2015203338
Hereinafter, a vibration reducing method when the star delta method is used will be described as an example. Taking the compressor configuration shown in FIG. 1 as an example, equation (1) is rewritten as follows.

Figure 2015203338

なお、aは始動方式の変更によるモータ始動トルクの変化率である。始動時のトルクの変動率は、始動時の供給電圧の変動率の2乗となる。例えば、スターデルタ始動方式では、始動時から一定時間モータ3の巻線の結線を変更することで供給電圧を1/√3に抑えるため、始動トルクの変化率としてはa=1/3となる。   Here, a is the rate of change of the motor starting torque due to the change of the starting method. The torque fluctuation rate at the start is the square of the supply voltage fluctuation rate at the start. For example, in the star delta start system, the supply voltage is suppressed to 1 / √3 by changing the winding connection of the motor 3 for a certain period of time from the start, so the change rate of the start torque is a = 1/3. .

上式より、

Figure 2015203338
From the above formula,

Figure 2015203338

(3)式の関係から、

Figure 2015203338
From the relationship of equation (3),

Figure 2015203338

図9にa=1、1/3とした場合の振幅倍率Xとω/ωnの相関を示す。図より、モータ3の始動方式の変更によって振幅倍率Xが低下しており、この結果(2)式の条件は次式のように緩和される。

Figure 2015203338
FIG. 9 shows the correlation between the amplitude magnification X and ω / ωn when a = 1 and 1/3. From the figure, the amplitude magnification X is lowered by changing the starting method of the motor 3, and as a result, the condition of the equation (2) is relaxed as the following equation.

Figure 2015203338

ゆえに、(2)式が満足できない場合には、モータ3の始動方式を変更することで(15)式を満足するように式中の各パラメータを決定すれば良い。なお、本実施例では例としてスターデルタ始動方式を挙げa=1/3としているが、実際には(15)式が満足されるように始動方式を選択すれば良く、aは0から1までの任意の値をとり得る。   Therefore, if the equation (2) cannot be satisfied, the parameters in the equation may be determined so as to satisfy the equation (15) by changing the starting method of the motor 3. In this embodiment, the star delta start method is taken as an example, and a = 1/3. However, in actuality, the start method may be selected so that the formula (15) is satisfied, and a is from 0 to 1. Can take any value.

以上より、本実施例によれば、圧縮機プーリ2、モータプーリ4等の圧縮機本体1の諸元を大きく変更せずに、圧縮機始動時の振動を効果的に抑制することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to effectively suppress vibration at the time of starting the compressor without greatly changing the specifications of the compressor body 1 such as the compressor pulley 2 and the motor pulley 4.

1・・・圧縮機本体
2・・・圧縮機プーリ
3・・・モータ
4・・・モータプーリ
5・・・伝動ベルト
6・・・防振バネ
7・・・支持フレーム
21・・・クランク室
22・・・シリンダ
23・・・シリンダヘッド
24・・・クランク軸
24a・・・バランスウェイト
25・・・ピストン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Compressor main body 2 ... Compressor pulley 3 ... Motor 4 ... Motor pulley 5 ... Transmission belt 6 ... Anti-vibration spring 7 ... Support frame 21 ... Crank chamber 22 ... Cylinder 23 ... Cylinder head 24 ... Crank shaft 24a ... Balance weight 25 ... Piston

Claims (7)

流体を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体を駆動するモータと、
前記圧縮機本体の駆動に伴って回転する圧縮機プーリと、
前記モータの駆動に伴って回転するモータプーリと、
圧縮機プーリに前記モータプーリの動力を伝達するベルトと、
前記圧縮機本体および前記モータが配置されるフレームと、
前記フレームの振動を低減させる防振部材とを備え、
前記ベルトをバネとし、前記モータプーリを錘としたときの固有振動数をω、前記防振部材をバネとし、前記フレームおよび前記フレームに配置されるものを錘としたときの固有振動数をωnとしたとき、以下の式1を満たすことを特徴とする圧縮機。

Figure 2015203338
A compressor body for compressing fluid;
A motor for driving the compressor body;
A compressor pulley that rotates as the compressor body is driven;
A motor pulley that rotates as the motor is driven;
A belt for transmitting the power of the motor pulley to the compressor pulley;
A frame on which the compressor body and the motor are disposed;
A vibration isolating member that reduces vibration of the frame,
The natural frequency when the belt is a spring and the motor pulley is a weight is ω, the natural vibration frequency is when the vibration isolator is a spring, and the frame and the one disposed on the frame are weights, and the natural frequency is ωn. When the compressor is satisfied, the following formula 1 is satisfied.

Figure 2015203338
ωnは以下の式2により与えられることを特徴とする請求項1に記載の圧縮機。

Figure 2015203338
ただし、kは前記防振部材のバネ定数、Mは前記フレームおよび前記フレームに配置されるものの全質量とする。
The compressor according to claim 1, wherein ωn is given by the following equation (2).

Figure 2015203338
However, k is the spring constant of the vibration isolating member, and M is the total mass of the frame and what is disposed on the frame.
ωは以下の式3により与えられることを特徴とする請求項1に記載の圧縮機。

Figure 2015203338
ただし、kbは前記ベルトのバネ定数、IMは前記モータプーリの慣性モーメント、IVは前記圧縮機プーリの慣性モーメント、DMは前記モータプーリの径、DVは前記圧縮機プーリの径とする。
The compressor according to claim 1, wherein ω is given by Equation 3 below.

Figure 2015203338
Where kb is the spring constant of the belt, IM is the moment of inertia of the motor pulley, IV is the moment of inertia of the compressor pulley, DM is the diameter of the motor pulley, and DV is the diameter of the compressor pulley.
流体を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体を駆動するモータと、
前記圧縮機本体の駆動に伴って回転する圧縮機プーリと、
前記モータの駆動に伴って回転するモータプーリと、
圧縮機プーリに前記モータプーリの動力を伝達するベルトと、
前記圧縮機本体および前記モータが配置されるフレームと、
前記フレームの振動を低減させる防振部材と、
前記モータの始動時にモータへの供給電圧を低減させる負荷軽減回路を備え、
前記ベルトをバネとし、前記モータプーリを錘としたときの固有振動数をω、前記防振部材をバネとし、前記フレームおよび前記フレームに配置されるものを錘としたときの固有振動数をωn、前記負荷軽減回路のモータ始動トルクの軽減率をaとしたとき、以下の式1を満たすことを特徴とする圧縮機。

Figure 2015203338
A compressor body for compressing fluid;
A motor for driving the compressor body;
A compressor pulley that rotates as the compressor body is driven;
A motor pulley that rotates as the motor is driven;
A belt for transmitting the power of the motor pulley to the compressor pulley;
A frame on which the compressor body and the motor are disposed;
A vibration isolating member for reducing vibration of the frame;
A load reduction circuit that reduces the supply voltage to the motor at the start of the motor,
The natural frequency when the belt is a spring and the motor pulley is a weight is ω, the vibration isolating member is a spring, and the natural frequency when the frame and the one disposed on the frame are a weight is ωn, The compressor satisfying the following expression 1 when a reduction rate of the motor starting torque of the load reducing circuit is a.

Figure 2015203338
a=1/3であることを特徴とする請求項4に記載の圧縮機。   The compressor according to claim 4, wherein a = 1/3. ωnは以下の式4により与えられることを特徴とする請求項4または5に記載の圧縮機。

Figure 2015203338
ただし、kは前記防振部材のバネ定数、Mは前記フレームおよび前記フレームに配置されるものの全質量とする。
The compressor according to claim 4 or 5, wherein ωn is given by the following equation (4).

Figure 2015203338
However, k is the spring constant of the vibration isolating member, and M is the total mass of the frame and what is disposed on the frame.
ωは以下の式5により与えられることを特徴とする請求項4または5に記載の圧縮機。

Figure 2015203338
ただし、kbは前記ベルトのバネ定数、IMは前記モータプーリの慣性モーメント、IVは前記圧縮機プーリの慣性モーメント、DMは前記モータプーリの径、DVは前記圧縮機プーリの径とする。
6. The compressor according to claim 4, wherein ω is given by the following expression (5).

Figure 2015203338
Where kb is the spring constant of the belt, IM is the moment of inertia of the motor pulley, IV is the moment of inertia of the compressor pulley, DM is the diameter of the motor pulley, and DV is the diameter of the compressor pulley.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017166402A (en) * 2016-03-16 2017-09-21 株式会社日立産機システム Compressor
JP2020181582A (en) * 2020-05-25 2020-11-05 株式会社日立ハイテク Inspection device and inspection method using template matching

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