JP2018031335A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、圧縮機内部で異常が発生した場合、圧縮機のアンロード運転下にて加速度が異常上昇した場合の加速度を検知することにより、誤検知を除外し、かつより早期に圧縮機の異常を検知できる圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は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駆動部と、前記圧縮機本体を無負荷状態にするアンロード機構と、前記圧縮機本体を制御する制御部と、前記圧縮機本体の振動の加速度を検知する加速度センサとを備え、前記制御部はアンロード時において、前記加速度センサで検知した加速度が第１の所定値以上になった場合に前記圧縮機本体に異常が発生したと判定することを特徴とする圧縮機を提供するものである。
【選択図】図６

Description

本発明は、圧縮機に関するものである。

本発明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、往復動機構９の振動を検出する圧電素子２０と、その検出結果を用いて故障診断を行う故障診断装置２１とを備えている。

特開２００６−９７６５４号公報

特許文献１の圧縮機に搭載している異常検知器は、圧縮機内部の異常により発生する振動を検知する構造であるが、常時異常振動を検出可能な状態であるため、圧縮機の圧力変動やその他の外乱による誤検知が課題となっている。

本発明は、上記課題に鑑み、圧縮機内部で異常が発生した場合、圧縮機のアンロード運転下にて加速度が異常上昇した場合の加速度を検知することにより、誤検知を除外し、かつより早期に圧縮機の異常を検知できる圧縮機を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために、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駆動部と、前記圧縮機本体を無負荷状態にするアンロード機構と、前記圧縮機本体を制御する制御部と、前記圧縮機本体の振動の加速度を検知する加速度センサとを備え、前記制御部はアンロード時において、前記加速度センサで検知した加速度が第１の所定値以上になった場合に前記圧縮機本体に異常が発生したと判定することを特徴とする圧縮機を提供するものである。

本発明によれば、誤検知を除外し、かつより早期に圧縮機の異常を検知できる圧縮機を提供することができる。

本発明の実施例１〜２のパッケージ型空気圧縮機における異常検知器を搭載した場合の製品概略図である。 本発明の実施例１〜２のタンクマウント型空気圧縮機における異常検知器を搭載した場合の製品概略図である。 本発明の実施例１〜２におけるロード運転時（通常運転時）の圧縮機の空気回路図である。 本発明の実施例１〜２におけるアンロード運転時の圧縮機の空気回路図である。 本発明の実施例１〜２における異常検知器の回路構成図である。 本発明の実施例１〜２における異常検知器の制御のフローチャートである。 本発明の実施例２の変形例における異常検知器の制御のフローチャートである。

本発明の実施の形態を以下に示す。本発明に関連する部分のみ説明する。

まず、図１と図２を用いて本発明の実施例１における製品構成を説明する。図１と図２に示す空気圧縮機１は、例えば工場等の設備全体に配置された圧縮流体供給経路の一部に設けられる。空気圧縮機１は、空気等の流体を電動機１１の駆動により圧縮機本体２にて圧縮する。空気圧縮機１は、図１の場合は筐体内部に空気圧縮機等の一式を搭載したパッケージ型空気圧縮機、図２の場合はタンク９と圧縮機一式が一体化しているタンクマウント型空気圧縮機である。なお、本実施例はパッケージ型とタンクマウント型共に無給油式空気圧縮機に適用したものである。

図３に図１と図２の通常運転時における圧縮機の空気回路図を示す。圧縮機本体２は、例えば電動機１１に直結されたクランクシャフトの回転動によりシリンダ３内のピストン１３を往復動させ、吸込みサイレンサ７を経由して吸気室４から吸い込んだ空気をシリンダ３内（圧縮室内）で圧縮し、これを圧縮流体として吐出室５から吐出する。該吐出された圧縮流体は、例えば圧縮機本体２と一体に設けた貯留タンク（以下タンク９）内に貯留される。該貯留された圧縮流体は、タンク９に設けた止め弁８から空圧機器等に供給される。

圧縮機本体２は、例えば駆動部としての電動機１１により回転駆動される。電動機１１は圧縮機本体２の運転を制御する制御部としての電磁開閉器３３、異常検知器４４と接続されており（接続詳細は図５の回路構成図にて説明する）、電磁弁２２の作動によりアンローダピストン６にタンク９内の圧力を作用させ、圧縮機本体２をピストン１３に負荷のかからない無負荷状態の運転（以下、アンロード運転。運転状態の詳細は図４のアンロード運転制御図にて説明する）をするように運転制御される。また、圧縮機本体２に異常が発生した場合は異常検知器４４が作動し、異常を報知する報知部としての表示灯６７に異常表示をさせる。さらに大きな異常が発生した場合、もしくは異常が継続して発生した場合は、電磁開閉器３３を遮断して電動機１１と圧縮機本体２を停止する（異常検知器４４の回路構成詳細は図５の回路構成図、異常検知フローの詳細は図６の制御の流れ図にて説明する）。なお、電動機１１は、電磁開閉機３３を介して電源５５に接続されている。

図４に図１と図２のアンロード運転時における圧縮機空気回路図を示す。アンロード機構としてのアンローダピストン６は、タンク９の圧力が所定の限度値に到達した場合に吸気室４内の空気弁に作用し、圧縮機本体２をアンロード運転させる。タンク９内の圧力が所定の限度値に到達した場合にアンローダ経路１２と電磁弁２２をガスが経由し、アンローダピストン６に圧力を作用させることで、吸気室４内の空気弁を大気圧付近にまで開放する構造である。なお、所定の限度値は機種毎に定められた値とする。

電磁弁２２は、アンローダ経路１２間に設けられ、通常運転とアンロード運転を切り替える。該電磁弁２２は、そのタンク９側の圧力供給経路１２ｂと吸気室４側の圧力供給経路１２ａとを連通した経路連通状態（アンロード運転）と、前記連通を遮断した連通遮断状態（通常運転）とを切り替える。電磁弁２２は、電磁コイル２２ａがバルブ体２２ｂに作用し往復動可能な状態に収容している。バルブ体２２ｂが例えば上限位置にあるときには、タンク９側の圧力供給経路１２ｂと吸気室４側の圧力供給経路１２ａとを連通した経路連通状態（アンロード運転）となり、圧縮機本体２は無負荷状態で運転する。バルブ体２２ｂが下限位置にあるときには、連通を遮断した連通遮断（通常運転）状態となる。電磁弁２２の駆動は電磁開閉器３３により制御される。

図５に異常検知器４４の具体的な回路構成例を示す。異常検知器４４は圧縮機本体２内部で異常が発生した場合に作動する。異常検知器４４から電磁開閉装置３３を操作するスイッチ６６と利用者に圧縮装置の状態を報知する報知部としての表示灯６７がそれぞれ設けられている。上記表示灯６７は状況に応じて複数表示できるのでも良く、あるいはブザーなどの音で知らせる装置であっても良い。加速度を検知する加速度センサとしての圧電素子６０の信号は一般に微弱信号であるため、マイコンなどで扱える信号に変換するため、増幅率調整回路６１で増幅率を調節し、信号増幅器６２を用いて振動信号を増幅され、フィルタ６３を透過する仕様となっている。フィルタ６３を透過した後の信号は振幅信号を保持する包絡線検波回路６４を介してマイコン６８に内蔵されたＡ／Ｄ変換器６５に接続されている。

電源５５と電磁開閉器３３が通電したとき、電動機１１が稼動し圧縮機本体２が起動する。その際に、図４のアンロード運転時に圧縮機本体２の内部にて異常が発生した場合、振動による加速度が圧電素子６０からマイコン６８に伝播して異常検知器４４が作動する。このとき、記憶回路６９は異常が発生したとして異常履歴を更新する。

空気圧縮機で発生する加速度は通常、電動機１１や圧縮機本体２の回転数に応じた微小振動による微小加速度が発生する。一方、駆動手段の起動時やタンク圧力や温度、運転モード（通常運転（ロード運転）／アンロード運転）などの負荷が変動し、かつ圧縮機の摺動抵抗の増加や、圧縮機の機能消失や連結機構部の異常による駆動手段のロックなどの機構的な異常が発生した場合には、通常に比して大きな加速度が生じる。この場合、上記通常の加速度とは異なる振幅及び周期の加速度が重畳される。なかでも機構的な異常やピストン１３やピストン１３と電動機１１のクランクシャフトとを接続する連接棒の折損など、重大損傷の場合には振幅のとりわけ大きな加速度が周期的に観測される。アンロード運転はピストン１３に負荷のかからない無負荷状態の運転である。そのため、異常の発生に伴う大きな加速度が発生した場合、アンロード運転時の加速度を検知することで圧力変動やその他の外乱による誤検知を除外でき、より確実に圧縮機の異常を検知できる。

そこで、本実施例ではアンロード運転時において、加速度が異常上昇した場合の加速度を異常検知器４４の圧電素子６０で検知し、異常が発生したと判定し、表示灯６７に異常を表示させたり、圧縮機本体２を停止させたりする構成とした。表示灯６７による異常表示のタイミングは、ピストン１３や連接棒が破損する前の初期異常発生時とする。さらに、連接棒小端部折損後のある一定加速度を超えた値を検知した場合や継続して異常を検知した場合に、圧縮機を停止する設定とする。

異常検知器４４における圧縮機本体２の制御の流れについて図６に示す。異常検知器４４は圧縮機本体２がアンロード運転を開始した際に動作を開始し、まずマイコン６８の初期設定を行う。次に記憶回路６９からこれまでの異常履歴を読み込み、圧縮機が前回動作したときの異常状態を判定する。

前回異常があった場合、または前記異常がなくても現時点で第１の所定値を超える加速度を検出している場合は圧縮機異常表示を行う。その後第１の所定値を超える第２の所定値の加速度を検出、もしくは第１の所定値を超える加速度の検出が所定回数を超えた場合には、リレー７０を操作して電磁開閉装置３３の結線を遮断し、電動機の運転ができないように設定し、圧縮機本体２を停止させる。異常表示は継続して行う。異常なしと判断した場合には、異常履歴を記憶回路６９に保存してロード運転を開始し、ロード運転を行った後にアンロード運転を行う度に本ループを繰り返す。

異常検知器４４が異常があると判定した場合には、作業者が異常検知器４４の切替えスイッチ６６をONにして、スイッチの状態を検知モードもしくはセンサ調節モードに切替えることができる。検知モードで異常表示のリセット、センサ調節モードで作業者が検知加速度（第１の所定値または第２の所定値）の閾値の調整を行うことができる。検知モードは異常を検知した後に、異常の原因となる部品を交換した場合等異常の原因を解決した後に作業者が異常表示と異常の検出回数をリセットするときに使用する。センサ調整モードは誤検知を減らし、より異常検知の精度を高めるために作業者が異常検知を判定する加速度の閾値の調整を行うときに使用する。その後、前ステップに戻って圧縮機の異常有無の判定を実施する。

以上より、本実施例によれば、アンロード運転時の圧縮機本体２の加速度を検知することで圧力変動やその他の外乱による誤検知を除外でき、より確実に圧縮機本体２の異常を検知することができる。また、圧力変動やその他の外乱による誤検知を除外できるため、検知加速度の閾値を低く設定することにより、誤検知を除外しつつより早期に圧縮機本体２の異常を検知することができる。

本実施例では、アンロード運転が行われない運転状態や機種設定においても、一定時間アンロード運転を強制的に行うことで、確実かつ早期に異常を検出することが可能な運転モードについて説明する。実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施例では、運転モードを変更した後の数秒間、例えば、圧縮機本体２の始動時、連続ロード運転時、復帰圧始動時、圧縮機本体２の停止時等のそれぞれの各運転モードが始まる数秒間、強制的に実施例１と同様にアンロード運転行い、加速度が異常上昇した場合の加速度を異常検知器４４で検知する構成とした。表示灯６７による異常表示のタイミングは、実施例１と同様にピストンや連接棒が破損する前の初期異常発生時（異常検知器４４の圧電素子６０が第１の所定加速度を超える加速度を検知した時）とする。さらに、異常検知器４４の圧電素子６０が初期異常発生時の加速度を超える加速度（第２の所定加速度）を超えた値を検知すると、圧縮機を停止する設定とするのも実施例１と同様である。アンロード運転を行う時間は、顧客の圧縮機使用状況に合わせて任意に調節できるものとする。また、顧客がアンロード運転を行うタイミングを設定できるようにして異常を任意に確認できるようにしてもよい。

異常検知器４４における圧縮機本体２の制御の流れについては実施例１と同じである。

本実施例における変形例として、圧縮機起動から所定時間経過後（例えば０．５秒後以降）についてのみ異常を検知するようにしてもよい。変形例では、図７に示すように、圧縮機本体２を運転開始した後０．５秒間は、待機モードとすることで圧縮機の異常を検知しない。その後、マイコンの初期設定を行う。その後の動作は実施例１と同様である。

圧縮機本体２の起動時は異常が発生していなくても一般的に観測可能な比較的大きな揺れや、圧縮機接地条件に依存する製品のがたつきが発生しやすい。本実施例の変形例によれば、圧縮機本体２の起動から所定時間経過後についてのみ異常を検知することで、圧縮機本体２の起動時の異常加速度の誤検知を防ぐことが可能となる。

これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。また、本発明は複数の実施例を組み合わせることによって実施してもよい。

なお、ここまで往復動に関して説明してきたが、本発明は、電動機によって駆動され、無負荷運転可能なものであれば往復動圧縮機に限らず、スクロール式流体機械、スクリュー圧縮機といった他の流体機械（圧縮機）にも適用することができる。

１ 空気圧縮機
２ 圧縮機本体
３ シリンダ
４ 吸気室
５ 吐出室
６ アンローダピストン
７ 吸込みサイレンサ
８ 止め弁
９ タンク
１０ フレーム
１１ モータ
１２ アンローダ経路（１２ａ、１２ｂ）
１３ ピストン
２２ 電磁弁（２２ａ、２２ｂ）
３３ 電磁開閉器
４４ 異常検知器
５５ 電源
６０ 圧電素子
６１ 増幅率調整回路
６２ 信号増幅器
６３ フィルタ
６４ 包絡線検波回路
６５ Ａ/Ｄ変換器
６６ スイッチ
６７ 表示灯
６８ マイコン
６９ 記憶回路
７０ リレー

Claims (8)

1. 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駆動部と、
   前記圧縮機本体を無負荷状態にするアンロード機構と、
   前記圧縮機本体を制御する制御部と、
   前記圧縮機本体の振動の加速度を検知する加速度センサとを備え、
   前記制御部はアンロード時において、前記加速度センサで検知した加速度が第１の所定値以上になった場合に前記圧縮機本体に異常が発生したと判定することを特徴とする圧縮機。
2. 前記圧縮機本体の異常を報知する報知部を備え、
   前記制御部は前記圧縮機本体に異常が発生したと判定した場合に前記報知部に異常を報知させることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記制御部はアンロード時における前記加速度センサで前記第１の所定値を超える値の加速度の検出回数が所定値を超えた場合に前記駆動部を停止させることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
4. 前記制御部はアンロード時における前記加速度センサで検知した加速度が前記第１の所定値よりも高い第２の所定値を超える値になった場合に前記駆動部を停止させることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
5. 前記第１の所定値または前記第２の所定値を作業者が調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
6. 前記検出回数を作業者がリセット可能であることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機。
7. 前記アンロード機構は前記圧縮機本体の運転モードの変更時に強制的にアンロード運転を行うことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
8. 前記アンロード機構は前記圧縮機本体の運転モードの変更時から所定時間経過後にアンロード運転を行うことを特徴とする請求項７に記載の圧縮機。

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