JP4136667B2 - 多段遠心コンプレッサ - Google Patents
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Description
歴史的に、排出圧が150psig以下の小型で低流速のコンプレッサ(800ICFM(200HP)以下)は、スクリュー式か往復動式のいずれかのコンプレッサであった。これらのスクリュー式及び往復動式コンプレッサは、小型の誘導型低速(1800−3600rpm)モータによって駆動された。遠心コンプレッサは、高い回転速度を必要とし、その為に、駆動速度をより高いロータ速度(駆動速度の約5〜20倍)に増大させるためにギアを使用する必要があった。当初、小型の遠心コンプレッサは、低流速では効率が悪く、機械損失が大きく、増速ギアと余分なベアリングとが必要なために経済的ではなかった。これらの問題に依り、遠心コンプレッサは、低流速マーケットのセグメント用としては実用的ではなかった。
2.関連技術の説明
遠心コンプレッサ技術がこのような低流速においても効率的なものとなった時、やはり、増速ギアと余分なベアリングによる高コスト及び機械損失の問題は残った。この理由により、ダイレクト駆動式の高速モータ/コンプレッサを開発することが求められた。
a)永久磁石を備えたロータを包囲する電気整流ステータコイルを有する可変速度永久磁石モータ、ここで、前記コイルと前記ロータの間には空隙があり、前記ロータは、圧油潤滑流体ベアリングによって各端部が回転可能に支持された磁性鋼ロータ軸を有し、前記ステータコイルは、前記ステータに沿って長手方向に延出するとともに、引き続き前記ステータの両端部を回って延出してエンドターンを形成する複数のステータワイヤから構成されている、
b)前記ロータ軸と共回りするように支持された複数のコンプレッサ段、
c)前記ベアリングを潤滑し、かつ、ベアリングとロータとステータコイルとを冷却するべく、前記ベアリングに冷却されたオイルを導入するポンプ、前記ベアリングは、これらベアリングから出るオイルが、前記軸の支持された両端部上で飛散し、かつ、前記ステータコイルの前記エンドターン上で飛散するように構成されている、そして
d)前記コイルと前記ロータの間の前記空隙と連通するように前記ステータに径方向に貫通形成された空気通路、
e)始動中に外部ソースからの圧縮空気を前記ステータの空気通路に導入する制御装置、前記導入によって前記空隙内が正圧に維持される。
このような構成を備える結果、本願発明によるコンプレッサでは、負荷条件下におけるロータの高速回転は、風損、鉄損と銅損及び高調波によってロータ内に熱を発生させるが、ポンプによって軸の両端部に供給される冷却オイルによってロータを冷却できる。また、オイルがベアリングからステータコイルのエンドターン上に飛散する際に同エンドターンからも熱を奪うことができる。他方、空隙に空気が押し込まれるので、空隙内へのオイルの侵入を防止、若しくは、既に空隙内に存在している可能性のあるオイルを排出することができる。
前記多段遠心コンプレッサは、永久磁石を備えたロータを包囲する電気整流ステータコイルを有する可変速度永久磁石モータからなる高速モータと、前記ロータと共回りするように支持された複数のコンプレッサ部と、前記ベアリングを潤滑し、かつ、ベアリングとロータとステータコイルとを冷却するべく、前記ベアリングに冷却されたオイルを導入するポンプとを備え、
前記コイルと前記ロータの間には空隙があり、
前記ロータは、圧油潤滑流体ベアリングによって各端部が回転可能に支持された磁性鋼ロータ軸を有し、前記ステータコイルは、前記ステータに沿って長手方向に延出するとともに、引き続き前記ステータの両端部を回って延出してエンドターンを形成する複数のステータワイヤから構成されており、
前記ベアリングは、これらベアリングから出るオイルが、前記軸の支持された両端部上で飛散し、かつ、前記ステータコイルの前記エンドターン上で飛散するように構成されており、
前記ステータに、前記コイルと前記ロータの間の前記空隙と連通する空気通路が径方向に貫通形成されており、
前記ロータがオイルを前記ロータ端部から遠心力によって放出し、前記空隙から離間させるのに十分な回転速度に達したことを判定する制御装置が設けられており、
前記方法は以下の工程を有する、
a)前記ロータが回転を開始したときに、前記ベアリングから前記空隙へのオイルの流入を最小限にするために、前記ステータの前記空気通路から前記空隙内に加圧空気を注入する、そして
b)前記ロータがオイルを前記ロータ端部から遠心力によって放出し、前記空隙から離間させるのに十分な回転速度に達した時に、前記加圧空気の注入を中止する。
Claims (6)
- 空気を圧縮するための、内蔵高速モータを備える多段遠心コンプレッサであって、以下を有する、
a)永久磁石を備えたロータを包囲する電気整流ステータコイルを有する可変速度永久磁石モータ、ここで、前記コイルと前記ロータの間には空隙があり、前記ロータは、圧油潤滑流体ベアリングによって各端部が回転可能に支持された磁性鋼ロータ軸を有し、前記ステータコイルは、前記ステータに沿って長手方向に延出するとともに、引き続き前記ステータの両端部を回って延出してエンドターンを形成する複数のステータワイヤから構成されている、
b)前記ロータ軸と共回りするように支持された複数のコンプレッサ段、
c)前記ベアリングを潤滑し、かつ、ベアリングとロータとステータコイルとを冷却するべく、前記ベアリングに冷却されたオイルを導入するポンプ、前記ベアリングは、これらベアリングから出るオイルが、前記軸の支持された両端部上で飛散し、かつ、前記ステータコイルの前記エンドターン上で飛散するように構成されている、そして
d)前記コイルと前記ロータの間の前記空隙と連通するように前記ステータに径方向に貫通形成された空気通路、
e)始動中に外部ソースからの圧縮空気を前記ステータの空気通路に導入する制御装置、前記導入によって前記空隙内が正圧に維持される。 - 前記制御装置は、前記モータが所定の速度に到達した時に、前記空隙への加圧空気の導入を終了させる請求項1に記載の多段遠心コンプレッサ。
- 圧縮空気を供給する外部ソースと前記空気通路とを接続する接続通路が設けられており、始動中に前記接続通路を介して圧縮空気が前記空隙に導入される請求項1に記載の多段遠心コンプレッサ。
- 前記ステータコイルは積層体によって支持されており、前記通路は、前記ロータ軸の軸方向端部間の中間で前記ステータコイルの前記積層体を通って延出している請求項1に記載の多段遠心コンプレッサ。
- 前記ロータ軸を貫通して延出する軸穴を有し、同軸穴を介して冷却のための空気が受け入れられる請求項1に記載の多段遠心コンプレッサ。
- 内蔵の高速モータを備える多段遠心コンプレッサを始動する方法であって、
前記多段遠心コンプレッサは、永久磁石を備えたロータを包囲する電気整流ステータコイルを有する可変速度永久磁石モータからなる高速モータと、前記ロータと共回りするように支持された複数のコンプレッサインペラと、前記ベアリングを潤滑し、かつ、ベアリングとロータとステータコイルとを冷却するべく、前記ベアリングに冷却されたオイルを導入するポンプとを備え、
前記コイルと前記ロータの間には空隙があり、
前記ロータは、圧油潤滑流体ベアリングによって各端部が回転可能に支持された磁性鋼ロータ軸を有し、前記ステータコイルは、前記ステータに沿って長手方向に延出するとともに、引き続き前記ステータの両端部を回って延出してエンドターンを形成する複数のステータワイヤから構成されており、
前記ベアリングは、これらベアリングから出るオイルが、前記軸の支持された両端部上で飛散し、かつ、前記ステータコイルの前記エンドターン上で飛散するように構成されており、
前記ステータに、前記コイルと前記ロータの間の前記空隙と連通する空気通路が径方向に貫通形成されており、
前記ロータがオイルを前記ロータ端部から遠心力によって放出し、前記空隙から離間させるのに十分な回転速度に達したことを判定する制御装置が設けられており、
前記方法は以下の工程を有する、
a)前記ロータが回転を開始したときに、前記ベアリングから前記空隙へのオイルの流入を最小限にするために、前記ステータの前記空気通路から前記空隙内に加圧空気を注入する、そして
b)前記ロータがオイルを前記ロータ端部から遠心力によって放出し、前記空隙から離間させるのに十分な回転速度に達した時に、前記加圧空気の注入を中止する。
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