JP3425351B2 - Two-stage centrifugal compressor - Google Patents

Two-stage centrifugal compressor

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JP3425351B2
JP3425351B2 JP00446598A JP446598A JP3425351B2 JP 3425351 B2 JP3425351 B2 JP 3425351B2 JP 00446598 A JP00446598 A JP 00446598A JP 446598 A JP446598 A JP 446598A JP 3425351 B2 JP3425351 B2 JP 3425351B2
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cooler
electric motor
cooling
rotor
radiator
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康雄 福島
治雄 三浦
秀夫 西田
直彦 高橋
一樹 高橋
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株式会社 日立インダストリイズ
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波電動機によ
って直接駆動される2段遠心圧縮機に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a two-stage centrifugal compressor directly driven by a high frequency electric motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧縮機で圧縮された高温の吐出ガスを、
閉循環回路内を循環する冷却媒体液と熱交換すること
が、例えば、特開平4−350392号公報、特公平6
−72598号公報に示されている。そして、冷却媒体
が閉循環路内を循環することにより、圧縮機ユニット装
置の据え付け性、ユニット装置の小型化、冷却水が得ら
れない地域での利便性、水質の悪い地域での利用が可能
になることがこれら公報に記載されている。
2. Description of the Related Art High-temperature discharge gas compressed by a compressor is
Exchanging heat with the cooling medium liquid circulating in the closed circulation circuit is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-350392.
-72598. By circulating the cooling medium in the closed circuit, it is possible to install the compressor unit device, downsize the unit device, convenience in areas where cooling water is not available, and use in areas with poor water quality. It is described in these publications.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記各公報に記載のも
のにおいては、圧縮機は回転型無給油式圧縮機、つま
り、容積型の圧縮機であり、遠心圧縮機のようなターボ
型の圧縮機とは異なっている。ターボ型の圧縮機は比較
的大容量であり、発熱量も容積形圧縮機に比べて数倍以
上である。この大量の発熱を放熱するために空冷式の熱
交換器を用いると、熱交換器容積が莫大になるという不
具合があった。
In each of the above publications, the compressor is a rotary oilless compressor, that is, a positive displacement compressor, and a turbo compressor such as a centrifugal compressor is used. It's different from the machine. The turbo type compressor has a relatively large capacity, and its calorific value is several times or more that of the positive displacement compressor. If an air-cooled heat exchanger is used to radiate this large amount of heat, there is a problem that the heat exchanger has a huge volume.

【0004】本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなさ
れたものであり、その目的は高周波電動機によって直接
駆動される遠心圧縮機において、長期間のメンテナンス
フリーを実現することにある。本発明の他の目的は、冬
季の低外気温時において冷却水が凍結するような環境、
または、冷却水の供給が不可能な環境においても、圧縮
機で圧縮された吐出ガスを冷却できる遠心圧縮機を実現
することにある。本発明のさらに他の目的は、遠心圧縮
機を冷却する冷却風の流路を改善することにより、冷却
効率を向上させることにある。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object thereof is to realize long-term maintenance-free operation in a centrifugal compressor directly driven by a high frequency electric motor. Another object of the present invention is to provide an environment in which cooling water freezes at low outside temperatures in winter,
Another object is to realize a centrifugal compressor that can cool the discharge gas compressed by the compressor even in an environment where the cooling water cannot be supplied. Still another object of the present invention is to improve the cooling efficiency by improving the flow path of the cooling air for cooling the centrifugal compressor.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第1の特徴は、高速回転可能なロータ軸と、
このロータ軸の中間部に形成した電動機ロータ部と、こ
のロータ軸の両端部に取り付けられた第1、第2の羽根
車と、ロータ軸を回転可能に支持し第1の羽根車と電動
機ロータ部及び第2の羽根車と電動機のロータ部間に配
置した第1、第2のラジアル磁気軸受と、第1のラジア
ル軸受と電動機のロータ部間に配置したスラスト磁気軸
受と、第1、第2の磁気軸受とスラスト軸受とロータと
を収容する電動機ケーシングとを備えた2段圧縮機にお
いて、電動機ケーシングにこの電動機を冷却するための
冷却ジャケットを形成し、第1の羽根車で圧縮されたガ
スを冷却する第1の冷却器と、第2の羽根車で圧縮され
たガスを冷却する第2の冷却器とを設け、ジャケット部
と第1の冷却器と第2の冷却器とを流通する冷媒を冷却
するラジエータとを備えたものである。
A first feature of the present invention for achieving the above object is to provide a rotor shaft capable of high speed rotation,
An electric motor rotor portion formed at an intermediate portion of the rotor shaft, first and second impellers attached to both end portions of the rotor shaft, and a first impeller and an electric motor rotor rotatably supporting the rotor shaft. The first and second radial magnetic bearings disposed between the rotor portion of the motor and the second portion and the second impeller, and the thrust magnetic bearing disposed between the first radial bearing and the rotor portion of the motor; In a two-stage compressor provided with a second magnetic bearing, a thrust bearing, and an electric motor casing accommodating a rotor, a cooling jacket for cooling the electric motor is formed in the electric motor casing, and compressed by the first impeller. A first cooler for cooling the gas and a second cooler for cooling the gas compressed by the second impeller are provided, and the jacket portion, the first cooler and the second cooler are circulated. A radiator that cools the refrigerant It includes those were.

【0006】上記目的を達成するための本発明の第2の
特徴は、高速回転可能なロータ軸と、このロータ軸の中
間部に形成した電動機ロータ部と、このロータ軸の両端
部に取り付けられた第1、第2の羽根車と、ロータ軸を
回転可能に支持し第1の羽根車と電動機ロータ部及び第
2の羽根車と電動機のロータ部間に配置した第1、第2
のラジアル磁気軸受と、第1のラジアル軸受と電動機の
ロータ部間に配置したスラスト磁気軸受と、第1、第2
の磁気軸受とスラスト軸受と前記ロータとを収容する電
動機ケーシングとを備えた2段圧縮機において、電動機
ケーシングにこの電動機を冷却するための冷却ジャケッ
ト部を形成し、第1の羽根車で圧縮されたガスを冷却す
る第1の冷却器と、第2の羽根車で圧縮されたガスを冷
却する第2の冷却器とを設け、ジャケット部と第2の冷
却器とを流通する冷媒を冷却するラジエータとを備えた
ものである。
A second feature of the present invention for achieving the above object is to provide a rotor shaft capable of high-speed rotation, an electric motor rotor portion formed in an intermediate portion of the rotor shaft, and both end portions of the rotor shaft. The first and second impellers, and the first and second rotors that rotatably support the rotor shaft and are disposed between the first impeller and the motor rotor part and between the second impeller and the rotor part of the motor.
Radial magnetic bearings, a first radial bearing and a thrust magnetic bearing arranged between the rotor portion of the electric motor, and the first and second
In a two-stage compressor including a magnetic bearing, a thrust bearing, and an electric motor casing that houses the rotor, a cooling jacket portion for cooling the electric motor is formed in the electric motor casing and compressed by the first impeller. A first cooler for cooling the gas and a second cooler for cooling the gas compressed by the second impeller are provided to cool the refrigerant flowing through the jacket portion and the second cooler. It is equipped with a radiator.

【0007】そして好ましくは、ラジエータの近傍にこ
のラジエータ内を流通する冷媒と熱交換する外部空気を
圧縮機に取り込む送風手段を設け、この送風手段が取込
んだ外部空気を電動機ロータ部に導く手段を設ける;ジ
ャケット部と第1の冷却器とラジエータとを冷媒が循環
する閉循環路を備える;ジャケット部と第1の冷却器と
ラジエータと第2の冷却器とを冷媒が循環する閉循環路
を備えるものである。
Preferably, a blower means is provided near the radiator for taking in external air into the compressor for exchanging heat with the refrigerant flowing in the radiator, and means for guiding the external air taken in by the blower means to the electric motor rotor section. A closed circuit for circulating the refrigerant through the jacket, the first cooler and the radiator; a closed circuit for circulating the refrigerant through the jacket, the first cooler, the radiator and the second cooler It is equipped with.

【0008】また好ましくは、第2の羽根車で昇圧され
たガスを冷却する第2の冷却器と、ラジエータに送風す
る送風手段とをラジエータの近傍に設け、この第2の冷
却器は内部を流通するガスが送風手段が取り込んだ外部
空気と熱交換する液−ガス熱交換器とするものである。
Further preferably, a second cooler for cooling the gas pressurized by the second impeller and a blowing means for blowing air to the radiator are provided in the vicinity of the radiator, and the second cooler has an internal structure. This is a liquid-gas heat exchanger in which the circulating gas exchanges heat with the external air taken in by the blowing means.

【0009】さらに、閉循環路に冷媒を昇圧させるポン
プ手段を設け、このポンプ手段と前記送風手段を同一の
駆動手段で駆動する;第1の冷却器と第2の冷却器とを
収納する冷却ケーシングを電動機ケーシングの下部に設
ける;電動機ケーシングと冷却ケーシングとを一体鋳造
する;第1の冷却器と前記第2の冷却器と分離して収納
するための区画手段を冷却ケーシングに設ける;区画手
段により形成された冷却ケーシングの第2の冷却器の収
納区画にラジエータと送風手段とを配置するようにして
もよい。
Further, a pump means for increasing the pressure of the refrigerant is provided in the closed circuit, and the pump means and the blower means are driven by the same drive means; cooling containing a first cooler and a second cooler. A casing is provided in the lower portion of the electric motor casing; the electric motor casing and the cooling casing are integrally cast; partition means for separately accommodating the first cooler and the second cooler is provided in the cooling casing; You may make it arrange | position a radiator and a ventilation means in the accommodation compartment of the 2nd cooler of the cooling casing formed by this.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施例
を図面を用いて説明する。図1および図2は、本発明に
係る電動機で直接圧縮機羽根車を駆動する遠心圧縮機の
一実施例の縦断面図及び側面図である。遠心圧縮機はパ
ッケージ型の2段圧縮機である。ロータ2の中央部には
高周波電動機1のロータ部が形成されており、ロータ2
の両軸端部には羽根車6、7が装着されている。電動機
1と羽根車6、7との間にはラジアル磁気軸受3、4
が、電動機1とラジアル磁気軸受3との間にはスラスト
磁気軸受5が配設されており、これらの磁気軸受でロー
タ2を非接触に支承している。そして、電動機1、ロー
タ2および各軸受3、4、5は円筒状または2つ割れ状
に形成された電動機ケーシング8に納められている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Some embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 are a longitudinal sectional view and a side view of an embodiment of a centrifugal compressor that directly drives a compressor impeller with an electric motor according to the present invention. The centrifugal compressor is a package type two-stage compressor. The rotor part of the high-frequency motor 1 is formed in the center of the rotor 2.
Impellers 6 and 7 are attached to both ends of the shaft. Radial magnetic bearings 3, 4 are provided between the electric motor 1 and the impellers 6, 7.
However, a thrust magnetic bearing 5 is arranged between the electric motor 1 and the radial magnetic bearing 3, and the rotor 2 is supported by these magnetic bearings in a non-contact manner. The electric motor 1, the rotor 2, and the bearings 3, 4, and 5 are housed in an electric motor casing 8 formed in a cylindrical shape or in two split shapes.

【0011】一方、羽根車6を有する低圧圧縮段は圧縮
機ケーシング13に、羽根車7を有する高圧圧縮段は圧
縮機ケーシング14に納められている。この圧縮機ケー
シング13、14は、電動機1を収容する電動機ケーシ
ング8に一体的に接続されるとともに、後述する冷却器
ケーシング15に一体的に接続されている。以上は、圧
縮機ケーシング13、14を円筒状に構成した場合であ
るが、圧縮機ケーシング13、14の上半部のみを別体
とし、下半部はクーラケーシング15と一体の構造、例
えば、鋳造品とすることもできる。この場合、部品点数
を低減できる。さらに、電動機ケーシング8をもクーラ
ケーシングと一体の鋳造品とすることもできる。このよ
うにすれば、さらに部品点数を低減できる。なお、図示
しないが電動機ケーシング8、圧縮段ケーシング13、
14を円筒状化し、クーラケーシング15をも一体化し
た鋳造構造とし、この一体化した鋳造物に左右両方の側
から蓋をする形にすることも可能である。この場合、ケ
ーシングの半割れ構造が不要となり、組立精度が向上す
る。
On the other hand, the low-pressure compression stage having the impeller 6 is housed in the compressor casing 13, and the high-pressure compression stage having the impeller 7 is housed in the compressor casing 14. The compressor casings 13 and 14 are integrally connected to an electric motor casing 8 that houses the electric motor 1 and also to a cooler casing 15 described later. The above is the case where the compressor casings 13 and 14 are configured in a cylindrical shape, but only the upper half of the compressor casings 13 and 14 is a separate body, and the lower half is a structure integrated with the cooler casing 15, for example, It can also be a cast product. In this case, the number of parts can be reduced. Further, the electric motor casing 8 can also be a cast product integrated with the cooler casing. By doing so, the number of parts can be further reduced. Although not shown, the electric motor casing 8, the compression stage casing 13,
It is also possible to make 14 a cylindrical shape and to form a casting structure in which the cooler casing 15 is also integrated, and to cover this integrated casting from both the left and right sides. In this case, the half-split structure of the casing is unnecessary, and the assembling accuracy is improved.

【0012】高周波電動機1には、銅線や積層鋼板(図
示せず)で発生する熱を除去するためのジャケット部1
6と、このジャケット部16に冷却冷媒液を導入する取
入れ口16aと吐出し口16bとが設けられている。こ
のジャケット部16を冷却して昇温した冷媒液は後述す
るラジエータ18で外部空気と熱交換して冷却され、再
びジャケット部16を冷却する。冷媒液としては、熱交
換器の汚れや腐食などが懸念される環境では、プロピレ
ングリコールを含む冷却媒体液を用いるとよい。また、
この冷媒は寒冷地での使用にも耐えうる利点もある。
The high frequency motor 1 has a jacket portion 1 for removing heat generated from copper wires and laminated steel plates (not shown).
6, the jacket 16 is provided with an inlet 16a for introducing the cooling refrigerant liquid and an outlet 16b. The coolant liquid that has cooled the jacket portion 16 and heated up is cooled by exchanging heat with the outside air by a radiator 18 described later, and cools the jacket portion 16 again. As the coolant liquid, a coolant liquid containing propylene glycol may be used in an environment in which the heat exchanger may be contaminated or corroded. Also,
This refrigerant also has the advantage that it can withstand use in cold regions.

【0013】さらに電動機1には、回転子2の風損やう
ず電流損に起因して発生した熱を放熱するために、外部
から冷却空気を導入している。この冷却空気を導入する
導入孔17aを電動機1のほぼ中央部に設け、電動機1
を冷却した後の冷却空気を電動機1に接続された排出管
17b(図3参照)から放出している。
Further, cooling air is introduced into the electric motor 1 from the outside in order to dissipate heat generated due to wind loss and eddy current loss of the rotor 2. The introduction hole 17a for introducing the cooling air is provided in the substantially central portion of the electric motor 1,
The cooling air after cooling is discharged from the discharge pipe 17b (see FIG. 3) connected to the electric motor 1.

【0014】図2は図1のA−A矢視図であり、圧縮機
ケーシング14と冷却器を一体構造化した様子を示して
いる。図2において、冷却器は、圧縮機ケーシング14
の下方に併置された2つの冷却器用のケーシング、中間
冷却器ケーシング15aと吐出冷却器ケーシング15b
とを備えており、これら両ケーシングから冷却ケーシン
グ15が構成されている。両ケーシング15a、15b
内には、中間冷却器ケーシング15a内を流通する冷却
冷媒液用管11a、吐出冷却器15b内を流通する冷却
冷媒液用管12aがそれぞれ複数本、ロータ2の軸にほ
ぼ平行に配設されている。この図2において、吐出冷却
器12から需要側へ供給されるガスの流れを太い矢印1
9で示す。なお、冷却ケーシングは一つの容器を区画し
た構成であってもよい。
FIG. 2 is a view taken along the line AA of FIG. 1 and shows a state in which the compressor casing 14 and the cooler are integrally structured. In FIG. 2, the cooler is a compressor casing 14
Casings for two coolers arranged below each other, an intercooler casing 15a and a discharge cooler casing 15b
And a cooling casing 15 is constituted by both of these casings. Both casings 15a, 15b
Inside, a plurality of cooling-refrigerant liquid pipes 11a flowing in the intercooler casing 15a and a plurality of cooling-refrigerant liquid pipes 12a flowing in the discharge cooler 15b are respectively arranged substantially parallel to the axis of the rotor 2. ing. In FIG. 2, the thick arrow 1 indicates the flow of gas supplied from the discharge cooler 12 to the demand side.
Shown by 9. The cooling casing may have a configuration in which one container is partitioned.

【0015】図3は、上記実施例に記載した遠心圧縮機
のシステムフロー図であり、圧縮機装置は電動機ジャケ
ット16、中間冷却器11、および吐出冷却器12と冷
却冷媒液の閉循環路とを備えている。 閉循環回路内を
流れる冷媒液は、中間冷却器11内で低圧圧縮段から吐
出される吐出ガスと熱交換して高温になって、ラジエー
タ18に流入する。冷媒液は、ラジエータ18において
外部空気と熱交換して低温冷媒となり、液循環ポンプ2
2で昇圧されて再び中間冷却器11へと戻される。この
閉循環路の途中から分岐して吐出冷却器12や圧縮機本
体ケーシングに冷媒液を導く管路も設けられている。つ
まり、冷媒液の一部は、中間冷却器11と液循環ポンプ
22との間から分岐して流れ、吐出冷却器12で吐出ガ
スと熱交換し、中間冷却器11とラジエータ18との間
に戻される。この閉循環路に設けられた各機器間を連結
配管23が接続している。連絡配管23aは中間冷却器
用連絡配管であり、連絡配管23cは吐出冷却器用連絡
配管であり、連絡配管23bは電動機ケーシングジャケ
ット用連絡配管である。
FIG. 3 is a system flow diagram of the centrifugal compressor described in the above embodiment. The compressor device includes an electric motor jacket 16, an intercooler 11, a discharge cooler 12, and a closed circulation path for cooling refrigerant liquid. Is equipped with. The refrigerant liquid flowing in the closed circulation circuit exchanges heat with the discharge gas discharged from the low pressure compression stage in the intercooler 11 to reach a high temperature, and then flows into the radiator 18. The refrigerant liquid exchanges heat with the outside air in the radiator 18 to become a low-temperature refrigerant, and the liquid circulation pump 2
The pressure is increased at 2 and is returned to the intercooler 11. There is also provided a pipe branching from the middle of the closed circulation path to guide the refrigerant liquid to the discharge cooler 12 and the compressor body casing. That is, a part of the refrigerant liquid branches and flows from between the intercooler 11 and the liquid circulation pump 22, exchanges heat with the discharge gas in the discharge cooler 12, and between the intercooler 11 and the radiator 18. Will be returned. A connection pipe 23 connects the devices provided in the closed circuit. The connecting pipe 23a is a connecting pipe for the intercooler, the connecting pipe 23c is a connecting pipe for the discharge cooler, and the connecting pipe 23b is a connecting pipe for the motor casing.

【0016】パッケージ型の遠心圧縮機では、ラジエー
タ18を壁面近傍に配置して外部空気を取入れやすくし
ている。圧縮機内部のラジエータ18内側には、このラ
ジエータ18の冷却が促進されるように、ファン20が
配置されている。なお、ファンの位置はこの位置に限る
ものではなく、ラジエータに外部空気を取入れやすくす
る位置であればよい。ファン20は回転翼を有するファ
ン本体20aと、このファン本体20aを囲って設けら
れたファンケーシング20bとを有している。ファンケ
ーシング20bには、ファン本体20aが送風する外部
空気の一部を電動機冷却に用いるための連絡空気配管2
1が接続されている。ファン20を駆動する電動機19
は、液ポンプ22にも結合されており、冷媒の輸送と冷
却風の輸送を同時に行えるコンパクトな構造になってい
る。
In the package type centrifugal compressor, the radiator 18 is arranged in the vicinity of the wall surface to facilitate the intake of external air. Inside the radiator 18 inside the compressor, a fan 20 is arranged so as to accelerate cooling of the radiator 18. It should be noted that the position of the fan is not limited to this position, and may be any position as long as it makes it easy to take in external air into the radiator. The fan 20 has a fan main body 20a having rotating blades, and a fan casing 20b surrounding the fan main body 20a. The fan casing 20b has a communication air pipe 2 for using a part of the external air blown by the fan body 20a for cooling the electric motor.
1 is connected. Electric motor 19 for driving fan 20
Is also connected to the liquid pump 22 and has a compact structure capable of simultaneously transporting the refrigerant and the cooling air.

【0017】図4に、本発明の他の実施例のシステムフ
ロー図を示す。本実施例が第1の実施例と異なる点は、
高圧圧縮機段の吐出ガスを、空冷の吐出冷却器12で冷
却するようにしたことである。このため、ラジエータ1
8と吐出冷却器12とを併置し、その双方から外部空気
を冷却ファン20が取り入れるようにしている。なお、
ラジエータ18と吐出冷却器12配置はこの配置に限る
ものではなく、双方が空冷できる配置であればよい。さ
らに、この場合図2に示したアフタークーラケーシング
15bを利用して、このケーシングにラジエータ18、
吐出冷却器12及び冷却ファン20を収納するようにす
れば、圧縮機装置のコンパクト性を損なうことが無く、
また、装置配置も安定する。さらに、本実施例において
は、冷却用の冷媒液流量を低減することができるので、
液ポンプの動力を低減できる、冷却ファンの動力を低減
できる等の省エネルギー効果がある。また、ラジエータ
を小型化できる効果もある。
FIG. 4 shows a system flow chart of another embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that
The discharge gas of the high-pressure compressor stage is cooled by the air-cooled discharge cooler 12. For this reason, radiator 1
8 and the discharge cooler 12 are arranged side by side, and the cooling fan 20 takes in external air from both of them. In addition,
The arrangement of the radiator 18 and the discharge cooler 12 is not limited to this arrangement, and any arrangement may be used as long as both can be cooled by air. Further, in this case, the aftercooler casing 15b shown in FIG.
If the discharge cooler 12 and the cooling fan 20 are housed, the compactness of the compressor device is not impaired,
In addition, the device arrangement is stable. Further, in this embodiment, since the flow rate of the coolant liquid for cooling can be reduced,
There are energy saving effects such as the power of the liquid pump can be reduced and the power of the cooling fan can be reduced. There is also an effect that the radiator can be downsized.

【0018】以上の両実施例において、電磁軸受をも冷
却するようにすることが望ましい。この場合、冷却ファ
ンケーシング21bに接続した接続配管21から各軸受
3、4、5を冷却する冷却路を分岐させれば、省スペー
スであり構成が簡単になる。また、電動機1を空冷した
後の空気温度は120°Cにも達するので、この空気を
直接圧縮機外へ放出するのは好ましくない。そこで本実
施例においては、電動機1を冷却した空気を、図示しな
いが圧縮機の吸込み側に設けた圧縮段ケーシング13へ
戻している。これにより、高温の空気が圧縮機外へ吹き
出して、装置周囲の人に悪影響を及ぼすのを防止でき
る。
In both of the above embodiments, it is desirable to cool the electromagnetic bearing as well. In this case, if the cooling passage for cooling the bearings 3, 4, 5 is branched from the connection pipe 21 connected to the cooling fan casing 21b, the space is saved and the configuration is simplified. Further, since the air temperature after cooling the electric motor 1 reaches 120 ° C., it is not preferable to directly discharge this air to the outside of the compressor. Therefore, in this embodiment, the air that has cooled the electric motor 1 is returned to the compression stage casing 13 provided on the suction side of the compressor (not shown). This can prevent hot air from being blown out of the compressor and adversely affecting people around the apparatus.

【0019】以上述べたように、本発明の各実施例によ
れば、ターボ圧縮機は高周波電動機を駆動機とし磁気軸
受で支承されているので、完全なオイルレスの圧縮機に
することができる。
As described above, according to the embodiments of the present invention, the turbo compressor is driven by the high frequency electric motor and supported by the magnetic bearings, so that the compressor can be a completely oilless compressor. .

【0020】ところで、オイルレスの圧縮機であって
も、熱交換器に冷却水を使用すると冷却水の汚れによる
目詰まりや冷却水中の不純物に起因する腐食などによ
り、定期的なメンテナンスが不可欠である。また、コン
パクト化のために、熱交換器を圧縮機本体と一体構造と
すると、熱交換器のメンテナンスが煩雑になり、容易で
はない。さらに、寒冷地でターボ圧縮機を使用すると、
冷却水を用いた熱交換器は凍結の懸念がある。さらにま
た、冷却水の供給が不可能または制限される地下や砂漠
地域に用いられる圧縮機または可搬式圧縮機では、冷却
水に変わる熱交換手段が必要である。
Even in the case of an oilless compressor, if cooling water is used for the heat exchanger, regular maintenance is indispensable due to clogging due to contamination of the cooling water and corrosion caused by impurities in the cooling water. is there. Further, if the heat exchanger is integrated with the compressor body for compactness, maintenance of the heat exchanger becomes complicated, which is not easy. Furthermore, when using a turbo compressor in cold regions,
The heat exchanger using cooling water has a risk of freezing. Furthermore, in compressors or portable compressors used in underground or desert areas where the supply of cooling water is impossible or limited, a heat exchange means to replace cooling water is required.

【0021】これらの不便性を、本発明の各実施例によ
って解消できる。つまり、本発明においてはターボ圧縮
機から冷却水を完全に省くことができるので、冷却水の
条件が悪い環境でも容易にターボ圧縮機を使用できる。
さらにターボ圧縮機が備える熱交換器に送風するファン
により、電動機にも送風するので冷却系統が簡素化さ
れ、装置の小型化と冷却効率の向上とが図られる。
These inconveniences can be eliminated by the respective embodiments of the present invention. That is, in the present invention, since the cooling water can be completely omitted from the turbo compressor, the turbo compressor can be easily used even in an environment where the conditions of the cooling water are bad.
Furthermore, since the fan that blows air to the heat exchanger of the turbo compressor blows air to the electric motor as well, the cooling system is simplified, and the size of the device is reduced and the cooling efficiency is improved.

【0022】また、圧縮機を駆動するのに高周波電動機
を用いると、電動機の回転子が高速回転するため回転子
部に風損やうず電流損失が発生する。さらに回転子を支
承する磁気軸受部にも同様の損失が生じる。この損失に
起因する発熱を効果的に放熱するためには、冷却用の空
気を回転部(ロータ)と静止部(ステータ)の隙間に流
通させる必要がある。この冷却用空気として、冷却媒体
液を冷却するラジエータの近傍に設けた冷却ファンが吸
込んだ外部空気を活用した。これにより、圧縮機装置と
しての省エネルギが図られる。
When a high frequency electric motor is used to drive the compressor, the rotor of the electric motor rotates at a high speed, and wind loss and eddy current loss occur in the rotor section. Further, the same loss occurs in the magnetic bearing portion that supports the rotor. In order to effectively dissipate the heat generated due to this loss, it is necessary to circulate the cooling air in the gap between the rotating portion (rotor) and the stationary portion (stator). As the cooling air, external air sucked by a cooling fan provided near a radiator that cools the cooling medium liquid was used. This saves energy as a compressor device.

【0023】なお、上記いずれの実施例においても、圧
縮機の容量は55〜500kWであり、その定格回転速
度は55kW機で120000RPM,500kW機で
40000RPMであり、圧縮機の高速小型化を達成し
ている。これにより、空冷熱交換器の採用を可能にして
いる。
In any of the above-mentioned embodiments, the capacity of the compressor is 55 to 500 kW, and the rated rotation speed is 120,000 RPM for the 55 kW machine and 40,000 RPM for the 500 kW machine, achieving high speed miniaturization of the compressor. ing. This makes it possible to use an air-cooled heat exchanger.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明によれば、ターボ圧縮機は高周波
電動機を駆動機とし磁気軸受で支承された完全なオイル
レスの圧縮機であるので、メンテナンスフリーを実現で
きる。
According to the present invention, since the turbo compressor is a completely oilless compressor supported by a magnetic bearing using a high frequency electric motor as a drive, maintenance-free can be realized.

【0025】また、本発明によれば、熱交換器に送風す
るためのファンで発生した風を電動機部にも送風するの
で、小型でコンパクトなターボ圧縮機を提供できる。
Further, according to the present invention, since the wind generated by the fan for blowing the heat exchanger is also blown to the electric motor section, a small and compact turbo compressor can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る圧縮機本体の一実施例の縦断面
図。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of an embodiment of a compressor body according to the present invention.

【図2】図1に示した圧縮機本体の側面図。FIG. 2 is a side view of the compressor body shown in FIG.

【図3】本発明の一実施例のシステムフロー図。FIG. 3 is a system flow diagram of an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の他の実施例のシステムフロー図。FIG. 4 is a system flow chart of another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…高周波電動機部、2…ロータ、3、4…ラジアル磁
気軸受、5…スラスト磁気軸受、6、7…羽根車、8…
電動機ケーシング、11a…冷却冷媒液用管、12…吐
出冷却器、12a…吐出冷却器冷却冷媒液管、13、1
4…圧縮機ケーシング、15…冷却器ケーシング、15
a…中間冷却器ケーシング、15b…吐出冷却器ケーシ
ング、16…ジャケット部、16a…冷却冷媒液取入れ
口、16b…吐出し口、17a…冷却空気導入孔、17
b…排出管、18…ラジエータ、19…駆動機、20…
ファン、20a…ファン本体、20b…ファンケーシン
グ、21…連絡空気配管、22…冷却冷媒液循環ポン
プ、23…連結配管、23a…中間冷却器用連絡配管、
23b…電動機ケーシングジャケット連絡配管、23c
…吐出冷却器用連絡配管。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... High frequency motor part, 2 ... Rotor, 3, 4 ... Radial magnetic bearing, 5 ... Thrust magnetic bearing, 6, 7 ... Impeller, 8 ...
Motor casing, 11a ... Pipe for cooling refrigerant liquid, 12 ... Discharge cooler, 12a ... Discharge cooler cooling refrigerant liquid pipe, 13, 1
4 ... Compressor casing, 15 ... Cooler casing, 15
a ... intercooler casing, 15b ... discharge cooler casing, 16 ... jacket part, 16a ... cooling refrigerant liquid intake port, 16b ... discharge port, 17a ... cooling air introduction hole, 17
b ... Discharge pipe, 18 ... Radiator, 19 ... Driving machine, 20 ...
Fan, 20a ... Fan body, 20b ... Fan casing, 21 ... Communication air piping, 22 ... Cooling refrigerant liquid circulation pump, 23 ... Connection piping, 23a ... Intercooler communication piping,
23b ... Motor casing jacket communication pipe, 23c
… Communication piping for discharge cooler.

フロントページの続き (72)発明者 高橋 直彦 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社 日立製作所 土浦工場内 (72)発明者 高橋 一樹 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社 日立製作所 土浦工場内 (56)参考文献 特開 平5−149287(JP,A) 特開 昭56−6091(JP,A) 特開 平2−156556(JP,A) 実開 平3−19499(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04D 1/06 - 1/08 F04D 13/06 F04D 17/12 - 17/14 F04D 29/04 F04D 29/58 F04B 39/00 Front page continuation (72) Inventor Naohiko Takahashi 603 Kazutachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Co., Ltd. Tsuchiura factory (72) Inventor Kazuki Takahashi 603 Jin-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Ltd. Tsuchiura factory (56 ) Reference JP-A-5-149287 (JP, A) JP-A-56-6091 (JP, A) JP-A-2-156556 (JP, A) Actually open 3-19499 (JP, U) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) F04D 1/06-1/08 F04D 13/06 F04D 17/12-17/14 F04D 29/04 F04D 29/58 F04B 39/00

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】高速回転可能なロータ軸と、このロータ軸
の中間部に形成した電動機ロータ部と、このロータ軸の
両端部に取り付けられた第1、第2の羽根車と、前記ロ
ータ軸を回転可能に支持し前記第1の羽根車と前記電動
機ロータ部及び第2の羽根車と電動機のロータ部間に配
置した第1、第2のラジアル磁気軸受と、前記第1のラ
ジアル軸受と前記電動機のロータ部間に配置したスラス
ト磁気軸受と、前記第1、第2の磁気軸受とスラスト軸
受と前記ロータとを収容する電動機ケーシングとを備え
た2段圧縮機において、 前記電動機ケーシングにこの電動機を冷却するための冷
却ジャケットを形成し、前記第1の羽根車で圧縮された
ガスを冷却する第1の冷却器と、前記第2の羽根車で圧
縮されたガスを冷却する第2の冷却器とを設け、前記ジ
ャケット部と前記第1の冷却器と前記第2の冷却器とを
流通する冷媒を冷却するラジエータとを備えたことを特
徴とする2段遠心圧縮機。
1. A rotor shaft capable of high-speed rotation, an electric motor rotor portion formed at an intermediate portion of the rotor shaft, first and second impellers attached to both ends of the rotor shaft, and the rotor shaft. Rotatably supporting the first impeller and the motor rotor section, and the first and second radial magnetic bearings arranged between the second impeller and the rotor section of the electric motor; and the first radial bearing. A two-stage compressor including a thrust magnetic bearing arranged between rotor portions of the electric motor, and an electric motor casing accommodating the first and second magnetic bearings, the thrust bearing and the rotor, wherein: A first cooler that forms a cooling jacket for cooling the electric motor, cools the gas compressed by the first impeller, and a second cooler that cools the gas compressed by the second impeller. With a cooler, A two-stage centrifugal compressor comprising: a jacket, a radiator that cools a refrigerant that flows through the first cooler, and the second cooler.
【請求項2】高速回転可能なロータ軸と、このロータ軸
の中間部に形成した電動機ロータ部と、このロータ軸の
両端部に取り付けられた第1、第2の羽根車と、前記ロ
ータ軸を回転可能に支持し前記第1の羽根車と前記電動
機ロータ部及び第2の羽根車と電動機のロータ部間に配
置した第1、第2のラジアル磁気軸受と、前記第1のラ
ジアル軸受と前記電動機のロータ部間に配置したスラス
ト磁気軸受と、前記第1、第2の磁気軸受とスラスト軸
受と前記ロータとを収容する電動機ケーシングとを備え
た2段圧縮機において、 前記電動機ケーシングにこの電動機を冷却するための冷
却ジャケット部を形成し、前記第1の羽根車で圧縮され
たガスを冷却する第1の冷却器と、前記第2の羽根車で
圧縮されたガスを冷却する第2の冷却器とを設け、前記
ジャケット部と前記第2の冷却器とを流通する冷媒を冷
却するラジエータとを備えたことを特徴とする2段遠心
圧縮機。
2. A rotor shaft capable of high-speed rotation, an electric motor rotor portion formed at an intermediate portion of the rotor shaft, first and second impellers attached to both ends of the rotor shaft, and the rotor shaft. Rotatably supporting the first impeller and the motor rotor section, and the first and second radial magnetic bearings arranged between the second impeller and the rotor section of the electric motor; and the first radial bearing. A two-stage compressor including a thrust magnetic bearing arranged between rotor portions of the electric motor, and an electric motor casing accommodating the first and second magnetic bearings, the thrust bearing and the rotor, wherein: A first cooler that forms a cooling jacket portion for cooling the electric motor, cools the gas compressed by the first impeller, and a second cooler that cools the gas compressed by the second impeller. With a cooler A two-stage centrifugal compressor, comprising: a radiator that cools a refrigerant that flows through the jacket portion and the second cooler.
【請求項3】前記ラジエータの近傍にこのラジエータ内
を流通する冷媒と熱交換する外部空気を圧縮機に取り込
む送風手段を設け、この送風手段が取込んだ外部空気を
前記電動機ロータ部に導く手段を設けたことを特徴とす
る請求項1または2に記載の2段遠心圧縮機。
3. A means for taking in external air, which exchanges heat with a refrigerant flowing through the radiator, into a compressor in the vicinity of the radiator, and means for introducing the external air taken in by the air blowing means to the electric motor rotor section. The two-stage centrifugal compressor according to claim 1 or 2, further comprising:
【請求項4】前記ジャケット部と前記第1の冷却器と前
記ラジエータとを冷媒が循環する閉循環路を備えたこと
を特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の
2段遠心圧縮機。
4. The two-stage according to claim 1, further comprising a closed circulation path through which a refrigerant circulates through the jacket portion, the first cooler, and the radiator. Centrifugal compressor.
【請求項5】前記ジャケット部と前記第1の冷却器と前
記ラジエータと前記第2の冷却器とを冷媒が循環する閉
循環路を備えたことを特徴とする請求項1に記載の2段
遠心圧縮機。
5. The two-stage according to claim 1, further comprising a closed circulation path through which a refrigerant circulates through the jacket portion, the first cooler, the radiator, and the second cooler. Centrifugal compressor.
【請求項6】前記第2の羽根車で昇圧されたガスを冷却
する第2の冷却器と、前記ラジエータに送風する送風手
段とを前記ラジエータの近傍に設け、この第2の冷却器
は内部を流通するガスが送風手段が取り込んだ外部空気
と熱交換する液−ガス熱交換器であることを特徴とする
請求項2に記載の2段遠心圧縮機。
6. A second cooler for cooling the gas boosted by the second impeller and a blowing means for blowing air to the radiator are provided in the vicinity of the radiator, and the second cooler has an internal structure. The two-stage centrifugal compressor according to claim 2, characterized in that the gas flowing through is a liquid-gas heat exchanger that exchanges heat with the external air taken in by the blowing means.
【請求項7】前記閉循環路に冷媒を昇圧させるポンプ手
段を設け、このポンプ手段と前記送風手段を同一の駆動
手段で駆動することを特徴とする請求項3に記載の2段
遠心圧縮機。
7. A two-stage centrifugal compressor according to claim 3, wherein pump means for increasing the pressure of the refrigerant is provided in the closed circuit, and the pump means and the blower means are driven by the same drive means. .
【請求項8】前記第1の冷却器と第2の冷却器とを収納
する冷却ケーシングを前記電動機ケーシングの下部に設
けたことを特徴とする請求項1または2に記載の2段遠
心圧縮機。
8. The two-stage centrifugal compressor according to claim 1, wherein a cooling casing for accommodating the first cooler and the second cooler is provided in a lower portion of the electric motor casing. .
【請求項9】前記電動機ケーシングと前記冷却ケーシン
グとを一体鋳造したことを特徴とする請求項8に記載の
2段遠心圧縮機。
9. The two-stage centrifugal compressor according to claim 8, wherein the electric motor casing and the cooling casing are integrally cast.
【請求項10】前記第1の冷却器と前記第2の冷却器と
分離して収納するための区画手段を前記冷却ケーシング
に設けたことを特徴とする請求項9に記載の2段遠心圧
縮機。
10. The two-stage centrifugal compression according to claim 9, wherein the cooling casing is provided with partition means for separately storing the first cooler and the second cooler. Machine.
【請求項11】前記区画手段により形成された前記冷却
ケーシングの前記第2の冷却器の収納区画に前記ラジエ
ータと前記送風手段とを配置したことを特徴とする請求
項10に記載の2段遠心圧縮機。
11. The two-stage centrifuge according to claim 10, wherein the radiator and the blower are arranged in a storage compartment of the second cooler of the cooling casing formed by the partition means. Compressor.
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