JP4181817B2 - Two-stage screw compressor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二基の圧縮機本体と、これら二基の圧縮機本体の間に設けられた冷却器とを有する二段式スクリュー圧縮機に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、二段式スクリュー圧縮機は、低圧段側圧縮機本体と、この低圧段側圧縮機本体で圧縮された圧縮空気を冷却する冷却器と、この冷却器で冷却された圧縮空気をさらに圧縮する高圧段側圧縮機本体とを有し、低圧段側圧縮機本体で圧縮され高温となった圧縮空気を冷却器で冷却することで、高圧段側圧縮機本体における圧縮効率を高めるようになっている。
【0003】
このとき、上記冷却器において、吸い込み空気の温度又は湿度の条件によっては圧縮空気中の水分が凝縮して液滴が発生する。特に、冷却器が水冷式の場合には冷却水として水温が比較的低い地下水を使用することがあり、この場合液滴の発生は顕著となる。そこで、通常、二段式スクリュー圧縮機は、冷却器と高圧段側圧縮機本体との間に液滴一次分離手段を備えており、この液滴一次分離手段によって冷却器で発生する液滴を分離することで、後段の高圧段側圧縮機本体に液滴が持ち込まれないようになっている。
【0004】
しかしながら、この液滴一次分離手段による液滴の分離効率には限界があり、その結果、液滴一次分離手段で分離しきれない液滴については高圧段側圧縮機本体に流入することになる。このようにして高圧段側圧縮機本体に流入した液滴は、高圧段側圧縮機本体のケーシング、特に吸い込みポート部の発錆を促し、この錆が高圧段側圧縮機本体のスクリューロータに噛み込んでスクリューロータの固渋等を引き起こす可能性があった。
【0005】
このような背景から、例えば特開平9−158870公報に記載のように、低圧段側圧縮機本体(一段圧縮機本体)と高圧段側圧縮機本体(二段圧縮機本体)との間に設けた水冷式の冷却器(インタークーラ)と、この冷却器で発生する液滴を分離する液滴一次分離手段(ドレンセパレータ)とを備え、上記冷却器に接続される冷却水入口配管と冷却水出口配管とをバイパスするバイパス配管を設け、このバイパス配管に冷却水入口温度を検出しその温度に応じて冷却器に流入する冷却水量を調節する温度調節弁を設けた二段式スクリュー圧縮機が提唱されている。この従来技術によれば、冷却水温度が低い場合には、冷却器へ流入する冷却水をある一定量バイパスさせて冷却器への冷却水量を減少させ、冷却器の出口における圧縮空気の温度を比較的高くすることで、液滴の発生量を小さくすることができる。この結果、液滴一次分離手段の分離効率に限界があっても、液滴が高圧段側圧縮機本体に流入するのを防止することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では以下のような課題が存在する。
すなわち、一般に、二段式スクリュー圧縮機においては、上述したように低圧段側圧縮機本体で圧縮され高温となった圧縮空気を冷却器で冷却することで、高圧段側圧縮機本体における圧縮効率を高めるようになっている。したがって、上記従来技術における冷却器出口の圧縮空気温度の上昇範囲は圧縮機の性能に影響を及ぼさない範囲に限られるため、吸い込み空気の温度又は湿度によっては液滴の発生量を充分に低減できない可能性がある。また、例えばインバータ等を用いてモータの回転数の可変制御が可能な二段式スクリュー圧縮機において、モータの回転数が低下して吸い込み空気量が小さくなった場合には、冷却器への冷却水量を減少させても過冷却となってしまい、これによっても液滴の発生量を充分に低減できない可能性がある。
【0007】
このように、上記従来技術においては、吸い込み空気の状態又は圧縮機の運転条件によっては液滴の発生量を充分に低減できない可能性があり、高圧段側圧縮機本体への液滴の混入抑制の観点において、更なる改善の余地がある。
【0008】
本発明の目的は、高圧段側圧縮機本体への液滴の混入を充分に抑制できる二段式スクリュー圧縮機を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
(1)上記目的を達成するために、本発明の二段式スクリュー圧縮機は、低圧段側圧縮機本体と、この低圧段側圧縮機本体で圧縮された圧縮空気を冷却する冷却器と、この冷却器の冷却により前記圧縮空気内に生じた液滴を、略水平方向に流れる前記圧縮空気の流れ方向に対して略垂直な壁面に衝突させることで、一次的に分離する液滴一次分離手段と、この液滴一次分離手段の上方に設けられ、前記液滴一次分離手段で分離しきれなかった液滴を衝突させることで二次的に分離する閉塞板を筒部の上端に備えた閉塞管からなる液滴二次分離手段と、前記閉塞板よりも下方において前記閉塞管の筒部の側方外部から前記閉塞管で液滴を分離した圧縮空気を導出する導出管と、前記液滴一次分離手段の前記略垂直な壁面よりも下方に位置し、前記液滴一次分離手段及び前記液滴二次分離手段によって分離された液滴を排出する排出口と、前記導出管からの圧縮空気をさらに圧縮する高圧段側圧縮機本体とを備える。
【0010】
本発明においては、低圧段側圧縮機本体で圧縮され高温となった圧縮空気を冷却器で冷却する際に発生する液滴を、まず液滴一次分離手段で圧縮空気から一次的に分離し、ここで分離しきれなかったものについて、その後液滴二次分離手段でさらに分離する。これにより、液滴を圧縮空気から充分に分離することができ、高圧段側圧縮機本体への液滴の混入を充分に抑制することができる。したがって、高圧段側圧縮機本体の錆による固渋等を防止することができ、二段式スクリュー圧縮機の信頼性を向上することができる。
【0012】
これにより、冷却器において発生する微小な液滴は、圧縮空気の流れによって圧縮空気と共に衝突部に衝突することで凝集化を促進され、より大きな液滴となる。この結果、自重により落下し圧縮空気と分離しやすくなるので、効率よく液滴を分離することができる。
【0013】
また、例えば従来構造を改造して本発明の構成を実現しようとする場合、液滴一次分離手段から高圧段側圧縮機本体への配管を改造して衝突部を設けるだけで、既存の液滴一次分離手段を残したまま液滴の分離促進を行うことができる。したがって、従来構造からの改造を容易且つ安価に行うことができる。
【0016】
(2)上記(1)において、また好ましくは、前記液滴一次分離手段と前記液滴二次分離手段とを一体的に構成する。
【0017】
一般に、水冷式の冷却器はその出口に液滴一次分離手段を一体的に備えているのに対し、空冷式の冷却器は液滴一次分離手段を備えていない。このため、通常、空冷式の二段式スクリュー圧縮機においては、例えば市販の液滴一次分離手段を本体外に設けて冷却器と高圧段側圧縮機本体とに接続することにより、冷却器で発生する液滴を分離するようにしている。
【0018】
本発明によれば、上記従来構造の空冷式の二段式スクリュー圧縮機を改造して本発明の構成を実現しようとする場合、本体外に設けられた液滴一次分離手段を一体的に構成された液滴一次分離手段及び液滴二次分離手段に交換するだけで足り、従来構造からの改造を容易且つ安価に行うことができる。
【0019】
(3)上記(1)又は(2)において、前記液滴一次分離手段は、前記冷却器に一体的に設けられる冷却器ヘッダであり、前記導出管は、前記閉塞管の側方外部から内部に突出するように貫通して設けられる。
(4)上記(3)において、前記排出口は、前記冷却器ヘッダにおいて前記冷却器からの圧縮空気が流れる出口室の底部に設けられている。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の二段式スクリュー圧縮機の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明の二段式スクリュー圧縮機の第1の実施の形態を図1乃至図4を参照しつつ以下に説明する。
【0021】
図1は、本発明の二段式スクリュー圧縮機の第1の実施の形態の全体構造を表す模式図である。なお、この図1中の白抜きの矢印は圧縮空気の流れ、黒の太線の矢印はオイルの流れ、黒の細線の矢印は冷却水の流れ、グレーの矢印は冷却空気の流れを示している。
この図1において、本発明の二段式スクリュー圧縮機の第1の実施の形態は、水冷式の二段式スクリュー圧縮機であり、このスクリュー圧縮機は、低圧段側圧縮機本体1と、高圧段側圧縮機本体2とを備えている。これら低圧段側圧縮機本体1及び高圧段側圧縮機本体2は、それぞれが駆動スクリューロータ1a,2aと従動スクリューロータ1b,2bとを備えている。これらの駆動スクリューロータ1a,2aは、それぞれが従動軸3,4を介してピニオンギヤ5,6と連結され、これらのピニオンギヤ5,6は、モータ7の駆動軸8の先端に取り付けられたブルギヤ9と噛合している。これにより、モータ7の駆動軸8が回転すると、ブルギヤ9、ピニオンギヤ5,6、及び従動軸3,4を介してその駆動力が駆動スクリューロータ1a,2aに伝わり、これにより駆動スクリューロータ1a,2aと共に従動スクリューロータ1b,2bがそれぞれ連動して回転し、低圧段側圧縮機本体1及び高圧段側圧縮機本体2はそれぞれ空気を圧縮するようになっている。
【0022】
なお、上記ピニオンギヤ5,6及びブルギヤ9は、ギヤケース10内に収納されている。このギヤケース10内のオイルは、オイルポンプ11により循環されており(図1中黒の太線矢印参照)、オイルクーラ12、オイルフィルタ13を介して低圧段側圧縮機本体1及び高圧段側圧縮機本体2に供給された後、再びギヤケース10内に戻るようになっている。
【0023】
上記の低圧段側圧縮機本体1が回転すると、圧縮用空気が外部からフィルタ14を介して低圧段側圧縮機本体1に吸い込まれ、圧縮される。この低圧段側圧縮機本体1により圧縮され高温になった圧縮空気は、導入管15を介してインタークーラヘッダ16の入口室16Aに導入され、インタークーラ17で冷却されるようになっている。このインタークーラ17で冷却された圧縮空気は、上記インタークーラヘッダ16の出口室16Bから閉塞管18、導出管19を介して高圧段側圧縮機本体2に吸い込まれ、さらに圧縮される。この高圧段側圧縮機本体2によりさらに圧縮された圧縮空気は、吐出管20及び逆止弁21を介してアフタークーラ22に導入され、このアフタークーラ22で冷却された後、外部へ吐出されるようになっている。
【0024】
なお、上記のオイルクーラ12、インタークーラ17、及びアフタークーラ22には冷却水が供給されており(図1中黒の細線矢印参照)、この冷却水によりオイル又は圧縮空気を水冷するようになっている。また、換気扇23により圧縮機ユニット内に冷却空気を導入することで、圧縮機ユニット内を換気できるようになっている(図1中グレーの矢印参照)。
【0025】
上記インタークーラヘッダ16の内部は、上述したように入口室16Aと出口室16Bとに隔離されている。図2は、このインタークーラヘッダ16の詳細構造を表す縦断面図である。
この図2において、インタークーラヘッダ16は、その内部が隔壁24により入口室16Aとこの入口室16Aの上部に位置する出口室16Bとに隔離されており、これら入口室16A及び出口室16Bのインタークーラ17側は開口している。また、インタークーラヘッダ16は、インタークーラ17側末端の外周側につば部16aを備えている。
【0026】
上記のインタークーラ17のインタークーラヘッダ16側端部には、フランジ25が例えば溶接により固定されており、このフランジ25と上記インタークーラヘッダつば部16aとが接続板26を挟んで複数箇所をボルト27及びナット28により締結固定されることで、インタークーラヘッダ16とインタークーラ17とが固定されるようになっている。
【0027】
このインタークーラ17は、その内部に略U字型形状をした空気管29を複数備えており、これら空気管29の両端は、上記接続板26を貫通してインタークーラヘッダ16の入口室16Aと出口室16Bとにそれぞれ分かれて連通されている。これにより、導入管15から導入される圧縮空気が入口室16Aより空気管29に流入し、この空気管29内を流れつつインタークーラ17内で冷却されて、出口室16Bに導出されるようになっている。
【0028】
この出口室16Bは、インタークーラヘッダ16内部の略上半分の領域及びインタークーラ17と反対側(図2中右側)における上・下両方の領域を有している。これにより、インタークーラ17の空気管29より導出される圧縮空気が出口室16B内をインタークーラ17と反対側に流れ、側壁16bの内表面に対して略水平方向に衝突するようになっている。また、出口室16Bの上記側壁16b側領域の下部には、液滴(ドレン分)受け部16B1が形成されており、この液滴受け部16B1の底部16cには液滴排出口16dが穿設されている。これにより、この液滴排出口16dから排水管30、逆止弁31、フィルタ32、及びオリフィス33を介し、上記液滴受け部16B1で受けた液滴を常時排出できるようになっている(詳細は後述)。
【0029】
上記出口室16Bの上部(詳細には液滴受け部16B1の上部)には、吐出口16eが穿設され、その周囲には縁部16fが設けられている。また、前記閉塞管18の下端部には、フランジ34が例えば溶接により固定されており、このフランジ34と上記縁部16fとが複数のボルト35により固定されることで、閉塞管18はインタークーラヘッダ16の上部に立設されている。
【0030】
図3は、この閉塞管18の構造を表す縦断面図である。
この図3において、閉塞管18は、筒部18aと、この筒部18aの上部開口18a1を閉塞する閉塞板部18bとにより構成され、上述したように筒部18aと溶接固定されたフランジ34がインタークーラヘッダ縁部16fにボルト固定されることで、インタークーラヘッダ16に固定されるようになっている。このとき、筒部18aの下部開口18a2は、インタークーラヘッダ吐出口16eと連通するようになっている。
【0031】
上記筒部18aには貫通孔18a3が穿設されており、この貫通孔18a3に筒部18aの側方外部から内部に向かって前記導出管19が差し込まれ、例えば溶接により固定されている。この導出管19は、上記筒部18aに差し込まれた短管部19aと、この短管部19aに接続されたエルボ部19bと、このエルボ部19bに接続された短管部19c(図2参照)と、この短管部19cに一端側を接続され他端側をフランジ36を介して高圧段側圧縮機本体2に接続されたエルボ部19dとにより構成されている。これら短管部19a、エルボ部19b、短管部19c、及びエルボ部19dは、それぞれが例えば突き合わせ溶接により接続されている。
【0032】
以上において、インタークーラ17は、特許請求の範囲各項記載の低圧段側圧縮機本体で圧縮された圧縮空気を冷却する冷却器を構成し、出口室16Bは、冷却器の冷却により圧縮空気内に生じた液滴を一次的に分離する液滴一次分離手段を構成し、閉塞管18は、液滴一次分離手段で分離しきれなかった液滴をさらに分離する液滴二次分離手段を構成する。また、インタークーラヘッダ16は冷却器ヘッダを構成し、インタークーラヘッダ側壁16bは、圧縮空気の流れ方向に略垂直な壁面を構成し、閉塞板部18bは、圧縮空気が衝突する衝突部を構成する。
【0033】
次に、上記構成の本発明の二段式スクリュー圧縮機の第1の実施の形態の動作及び作用を以下に説明する。
低圧段側圧縮機本体1により圧縮され高温になった圧縮空気は、導入管15を介してインタークーラヘッダ16の入口室16Aに導入され、この入口室16Aから空気管29に流入してインタークーラ17内で冷却される。
【0034】
ここで、インタークーラ17は、インタークーラ17出口空気温度が冷却水温度+約20℃となるようにその冷却能力を設定されており、空気温度30℃、湿度80%、冷却水温度が上記空気温度と略同等となる条件下においては、インタークーラ17から流出される空気内に理論上液滴が含まれないように設計されている。しかしながら、吸い込み空気温度又は湿度が比較的高い場合、又は冷却水温度が比較的低い場合等には、圧縮空気中の水分が凝縮して液滴が発生する。
【0035】
このようにして、インタークーラ17で冷却されることで液滴が発生した場合、空気管29から出口室16Bに導出された圧縮空気は、発生した微小な液滴と共にインタークーラヘッダ側壁16bの内表面に対して略水平方向に衝突する。これにより、微小な液滴は側壁16bの内表面上で凝集化を促進され、より大きな液滴となって、自重により液滴受け部16B1に落下する。このようにして、この出口室16Bにおいて圧縮空気と液滴とは一次分離される。
【0036】
但しこのとき、この出口室16Bでの液滴分離効率は約80〜90%であり、分離しきれなかった残りの約10〜20%の液滴は、圧縮空気と共に後段の閉塞管18に流入する。
【0037】
閉塞管18に流入した圧縮空気は、筒部18a内を上昇し、出口室16Bで分離しきれなかった液滴と共に閉塞板18bの内表面に衝突する。これにより、上記側壁16bの衝突時と同様に、微小な液滴は閉塞板18bの内表面上で凝集化を促進され、より大きな液滴となって、自重により下方の液滴受け部16B1に向かって落下する。このようにして、この閉塞管18において圧縮空気と液滴とはニ次分離される。
【0038】
このとき、上記出口室16B内及び閉塞管18内において圧縮空気より分離された液滴は、液滴受け部16B1から液滴排出口16d、排水管30、逆止弁31、フィルタ32、及びオリフィス33を介し、常時排出される。
【0039】
閉塞管18において液滴を二次分離された圧縮空気は、導出管短管部19aに流入し、エルボ部19b、短管部19c、及びエルボ部19dを介して高圧段側圧縮機本体2に導入される。この高圧段側圧縮機本体2によってさらに圧縮された圧縮空気は、吐出管20及び逆止弁21を介してアフタークーラ22に導入され、このアフタークーラ22で冷却された後、外部へ吐出される。
【0040】
以上説明したように、上記本発明の二段式スクリュー圧縮機の第1の実施の形態においては、低圧段側圧縮機本体1からの圧縮空気をインタークーラ17で冷却する際に発生する液滴を、まず出口室16Bで圧縮空気から一次分離し、この出口室16Bで分離しきれなかった液滴を、その後段の閉塞管18においてさらに二次分離する。これにより、インタークーラ17で発生する液滴を圧縮空気から充分に分離することができ、高圧段側圧縮機本体2への液滴の混入を充分に抑制することができる。したがって、高圧段側圧縮機本体2のケーシング、特に吸い込みポート部等の発錆によるスクリューロータ2a,2bの固渋等を防止することができ、二段式スクリュー圧縮機の信頼性を向上することができる。
【0041】
また、本実施の形態によれば、閉塞管18で分離された液滴が下方の出口室16Bの液滴受け部16B1に落下するようになっているので、閉塞管18用の液滴排出設備を新たに設けずに、出口室16Bに設けられた液滴排出口16d、排水管30、逆止弁31、フィルタ32、及びオリフィス33からなる液滴排出設備を共用することができる。
【0042】
また、例えば従来構造の二段式スクリュー圧縮機を改造して本実施の形態の構成を実現しようとする場合、従来構造のインタークーラヘッダから高圧段側圧縮機本体への配管のコーナー部を改造して閉塞管18を形成するだけで、既存のインタークーラヘッダを残したまま液滴の二次分離を行うことができる。したがって、従来構造からの改造を容易且つ安価に行うことができる。またこの場合、閉塞管18を既存のインタークーラヘッダの上方に設けることで、既存のインタークーラヘッダの液滴排出設備を流用することができる。
【0043】
また、本実施の形態によれば、全くフィルターを用いないので、フィルターを内蔵する一般的な構造の液滴分離器を用いた場合に生じるフィルターの目詰まりによる圧力上昇や圧力損失の増大等を防止することができる。
【0044】
なお、上記本発明の第1の実施の形態では、閉塞管18と導出管19とを筒部18aに設けた貫通孔18a3に導出管19を差し込むことで接続するようにしたが、これに限らず、図4に示すようにティー部37を用いて閉塞管18′を構成し、このティー部37により導出管19と接続するようにしてもよい。
【0045】
次に、本発明の二段式スクリュー圧縮機の第2の実施の形態を図5及び図6を参照しつつ以下に説明する。本実施の形態は、空冷式の二段式スクリュー圧縮機に本発明を適用したものである。
【0046】
図5は、本発明の二段式スクリュー圧縮機の第2の実施の形態の全体構造を表す模式図である。なお、この図5中の白抜きの矢印は圧縮空気の流れ、グレーの矢印は冷却空気の流れを示している。
この図5において、本発明の二段式スクリュー圧縮機の第2の実施の形態は、空冷式の二段式スクリュー圧縮機であり、このスクリュー圧縮機は、低圧段側圧縮機本体39と、高圧段側圧縮機本体40とを備えている。これら低圧段側圧縮機本体39及び高圧段側圧縮機本体40は、それぞれが駆動スクリューロータ39a,40aと従動スクリューロータ39b,40bとを備えており、モータ41の駆動力がプーリ42、ブルギヤ43、ピニオンギヤ44,45を介して上記駆動スクリューロータ39a,40aに伝わることにより、低圧段側圧縮機本体39及び高圧段側圧縮機本体40はそれぞれ空気を圧縮するようになっている。
【0047】
上記低圧段側圧縮機本体39により圧縮された圧縮空気は、導入管46を介してインタークーラ47に導入され、冷却されるようになっている。このインタークーラ47で冷却された圧縮空気は、導入管48を介して液滴分離器49に導入され、この液滴分離器49で液滴を分離された圧縮空気は導出管50を介して高圧段側圧縮機本体40に吸い込まれ、さらに圧縮される。この高圧段側圧縮機本体40によりさらに圧縮された圧縮空気は、アフタークーラ51で冷却された後、外部へ吐出されるようになっている。
【0048】
なお、上記インタークーラ47及びアフタークーラ51は、換気扇52によって圧縮機ユニット内に吸い込まれる冷却空気により空冷されるようになっている(図5中グレーの矢印参照)。
【0049】
図6は、上記液滴分離器49の構造を表す縦断面図である。
この図6において、液滴分離器49は、短管53と、一次分離室54と、二次分離室としての閉塞管55と、短管56とを備えている。
【0050】
短管53は、フランジ57を介して導入管48と接続され、インタークーラ47からの冷却された圧縮空気を一次分離室54に導入するようになっている。
【0051】
一次分離室54内には、衝突板58が短管53から導入される圧縮空気の流れ方向に対して略垂直に設けられ、また一次分離室54の底部54aには、液滴排出口54bが穿設されている。この液滴排出口54bから排水管59、逆止弁60(図5参照)を介し、一次分離室54で分離した液滴を常時排出できるようになっている。
【0052】
閉塞管55は、筒部55aと、この筒部55aの上端部に固定された閉塞板部55bとにより構成され、筒部55aの下端部は一次分離室54に差し込まれるようにして貫通され、例えば溶接により固定されている。
【0053】
短管56は、上記筒部55aにその側方外部から内部に向かって差し込まれ、例えば溶接により固定されている。この短管56の閉塞管55と反対側の末端は、フランジ61を介して上記導出管50と接続され、閉塞管55で液滴と二次分離された圧縮空気を導出管50に導出するようになっている。
【0054】
以上において、インタークーラ47は、特許請求の範囲各項記載の低圧段側圧縮機本体で圧縮された圧縮空気を冷却する冷却器を構成し、一次分離室54は、冷却器の冷却により圧縮空気内に生じた液滴を一次的に分離する液滴一次分離手段を構成し、閉塞管55は、液滴一次分離手段で分離しきれなかった液滴をさらに分離する液滴二次分離手段を構成する。また、衝突板58は圧縮空気の流れ方向に略垂直な壁面を構成し、閉塞板部55bは、圧縮空気が衝突する衝突部を構成する。
【0055】
次に、上記構成の本発明の二段式スクリュー圧縮機の第2の実施の形態の動作及び作用を以下に説明する。
低圧段側圧縮機本体39により圧縮された圧縮空気は、導入管46を介してインタークーラ47に導入され、冷却される。このとき、第1の実施の形態において前述したように、吸い込み空気の温度・湿度の条件によっては圧縮空気中の水分が凝縮して液滴が発生する。
【0056】
インタークーラ17での冷却によって液滴が発生すると、圧縮空気は液滴と共に導入管48から液滴分離器49に導入される。導入管48から短管53を介して一次分離室54に導入された圧縮空気は、インタークーラ17で発生した微小な液滴と共に衝突板58に対して略水平方向に衝突する。これにより、微小な液滴は衝突板58の表面上で凝集化を促進され、より大きな液滴となって、自重により一次分離室54の底部54aに落下する。このようにして、一次分離室54において圧縮空気と液滴とは一次分離される。
【0057】
その後、圧縮空気は一次分離室54で分離しきれなかった液滴と共に閉塞管55に流入する。閉塞管55に流入した圧縮空気は筒部55a内を上昇し、閉塞板55bの内表面に衝突する。これにより、微小な液滴は閉塞板55bの内表面上で凝集化を促進され、より大きな液滴となって、自重により下方の一次分離室54の底部54aに落下する。このようにして、閉塞管55において圧縮空気と液滴とがニ次分離される。
【0058】
このとき、一次分離室54及び閉塞管55内において圧縮空気より分離された液滴は、一次分離室54の底部54aから液滴排出口54b及び排水管59を介して常時排出される。
【0059】
なお、上記のようにして液滴分離器49で液滴を分離された圧縮空気は、高圧段側圧縮機本体40によりさらに圧縮され、アフタークーラ51で冷却された後、外部へ吐出される。
【0060】
以上説明したように、上記本発明の二段式スクリュー圧縮機の第2の実施の形態によれば、前述の第1の実施の形態と同様に、インタークーラ47で発生する液滴を圧縮空気から充分に分離することができ、高圧段側圧縮機本体40への液滴の混入を充分に抑制することができる。
【0061】
ここで、一般に水冷式の二段式スクリュー圧縮機においては、インタークーラが前述の第1の実施の形態におけるインタークーラヘッダ出口室16Bのような液滴分離器を一体的に備えているのに対し、空冷式の二段式スクリュー圧縮機においては、インタークーラは液滴分離器を備えていない。このため、通常、従来構造の空冷式の二段式スクリュー圧縮機においては、例えば市販の液滴分離器を本体外に設けてインタークーラと高圧段側圧縮機本体とに接続することにより、インタークーラで発生する液滴を分離するようにしている。
【0062】
本実施の形態によれば、上記従来構造の空冷式の二段式スクリュー圧縮機を改造して本実施の形態の構成を実現しようとする場合に、本体外に設けられた市販の液滴分離器を液滴分離器49に交換するだけで足りるので、従来構造からの改造を容易且つ安価に行うことができる。
【0063】
【発明の効果】
本発明によれば、液滴一次分離手段と高圧段側圧縮機本体との間に液滴二次分離手段を設けることで、低圧段側圧縮機本体で圧縮された圧縮空気を冷却器で冷却する際に発生する液滴を、まず液滴一次分離手段で圧縮空気から一次的に分離し、ここで分離しきれなかったものについて、液滴二次分離手段でさらに分離する。これにより、液滴を圧縮空気から充分に分離することができ、高圧段側圧縮機本体への液滴の混入を充分に抑制することができる。したがって、高圧段側圧縮機本体の錆による固渋等を防止することができ、二段式スクリュー圧縮機の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の二段式スクリュー圧縮機の第1の実施の形態の全体構造を表す模式図である。
【図2】本発明の二段式スクリュー圧縮機の第1の実施の形態を構成するインタークーラヘッダの詳細構造を表す縦断面図である。
【図3】本発明の二段式スクリュー圧縮機の第1の実施の形態を構成する閉塞管の構造を表す縦断面図である。
【図4】本発明の二段式スクリュー圧縮機の第1の実施の形態を構成する閉塞管の変形例の構造を表す縦断面図である。
【図5】本発明の二段式スクリュー圧縮機の第2の実施の形態の全体構造を表す模式図である。
【図6】本発明の二段式スクリュー圧縮機の第2の実施の形態を構成する液滴分離器の構造を表す縦断面図である。
【符号の説明】
1 低圧段側圧縮機本体
2 高圧段側圧縮機本体
16 インタークーラヘッダ(冷却器ヘッダ)
16B 出口室(液滴一次分離手段)
16b 側壁(壁面)
17 インタークーラ(冷却器)
18 閉塞管(液滴二次分離手段)
18′ 閉塞管(液滴二次分離手段)
18b 閉塞板部(衝突部;閉塞板)
19 導出管
39 低圧段側圧縮機本体
40 高圧段側圧縮機本体
47 インタークーラ(冷却器)
50 導出管
54 一次分離室(液滴一次分離手段)
55 閉塞管(液滴二次分離手段)
55b 閉塞板部(衝突部;閉塞板)
58 衝突板(壁面)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a two-stage screw compressor having two compressor bodies and a cooler provided between the two compressor bodies.
[0002]
[Prior art]
Generally, a two-stage screw compressor has a low-pressure stage compressor body, a cooler that cools compressed air compressed by the low-pressure stage compressor body, and further compresses the compressed air cooled by the cooler. A high-pressure stage compressor body, and the compressed air that has been compressed by the low-pressure stage compressor body and heated to a high temperature is cooled by a cooler, thereby increasing the compression efficiency of the high-pressure stage compressor body. ing.
[0003]
At this time, in the cooler, depending on the temperature or humidity conditions of the intake air, moisture in the compressed air is condensed and droplets are generated. In particular, when the cooler is a water-cooled type, groundwater having a relatively low water temperature may be used as the cooling water, and in this case, the generation of droplets becomes significant. Therefore, usually, the two-stage screw compressor is provided with a primary droplet separation means between the cooler and the high-pressure stage compressor body, and the droplets generated in the cooler by the primary droplet separation means. By separating, droplets are prevented from being brought into the subsequent high-pressure stage compressor body.
[0004]
However, the droplet separation efficiency by the droplet primary separation means is limited, and as a result, droplets that cannot be separated by the droplet primary separation means flow into the high-pressure stage compressor body. The droplets flowing into the high-pressure stage compressor body in this way promote rusting of the casing of the high-pressure stage compressor body, particularly the suction port, and this rust bites the screw rotor of the high-pressure stage compressor body. This could cause a screw rotor stiffness.
[0005]
From such a background, for example, as described in JP-A-9-158870, it is provided between the low-pressure stage compressor body (one-stage compressor body) and the high-pressure stage compressor body (two-stage compressor body). A water-cooled cooler (intercooler) and a primary droplet separating means (drain separator) for separating droplets generated in the cooler, and a cooling water inlet pipe connected to the cooler and cooling water A two-stage screw compressor provided with a bypass pipe that bypasses the outlet pipe, a temperature control valve that detects the cooling water inlet temperature and adjusts the amount of cooling water flowing into the cooler according to the detected temperature. Has been advocated. According to this prior art, when the cooling water temperature is low, the cooling water flowing into the cooler is bypassed by a certain amount to reduce the cooling water amount to the cooler, and the temperature of the compressed air at the outlet of the cooler is reduced. By making it relatively high, the amount of droplets generated can be reduced. As a result, even if the separation efficiency of the droplet primary separation means is limited, the droplets can be prevented from flowing into the high-pressure stage compressor body.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, there are the following problems in the above-described prior art.
That is, in general, in a two-stage screw compressor, the compression efficiency of the high-pressure stage compressor body is reduced by cooling the compressed air that has been compressed by the low-pressure stage compressor body and heated to a high temperature as described above. To increase. Therefore, the range of increase in the compressed air temperature at the outlet of the cooler in the prior art is limited to a range that does not affect the performance of the compressor. Therefore, the amount of droplets generated cannot be reduced sufficiently depending on the temperature or humidity of the intake air. there is a possibility. For example, in a two-stage screw compressor capable of variably controlling the rotational speed of the motor using an inverter or the like, if the rotational speed of the motor decreases and the intake air amount becomes small, the cooling to the cooler Even if the amount of water is reduced, it becomes supercooled, and this may also not sufficiently reduce the amount of droplets generated.
[0007]
As described above, in the above-described prior art, there is a possibility that the amount of droplets generated cannot be reduced sufficiently depending on the state of the intake air or the operating conditions of the compressor, and the mixing of droplets into the high-pressure stage compressor body is suppressed. From this point of view, there is room for further improvement.
[0008]
An object of the present invention is to provide a two-stage screw compressor that can sufficiently suppress mixing of droplets into a high-pressure stage compressor body.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above object, a two-stage screw compressor of the present invention includes a low-pressure stage compressor body, a cooler that cools compressed air compressed by the low-pressure stage compressor body, Drops generated in the compressed air by cooling the cooler , By colliding with a wall surface substantially perpendicular to the flow direction of the compressed air flowing in a substantially horizontal direction, Primary droplet separating means for primary separation, and primary droplet separating means And the droplet primary separation means provided above The droplets that could not be separated by Consists of a closed tube with a closed plate at the upper end of the cylindrical part that is secondarily separated by collision. Droplet secondary separation means; A lead-out pipe for deriving compressed air from which the droplets have been separated by the closing tube from the outside of the tube portion of the closing tube below the closing plate, and the substantially vertical wall surface of the droplet primary separation means A discharge port which is positioned below and discharges the droplets separated by the droplet primary separation means and the droplet secondary separation means; and the outlet tube And a high-pressure stage compressor main body for further compressing the compressed air.
[0010]
In the present invention, droplets generated when the compressed air compressed by the low-pressure stage compressor body and heated to a high temperature is cooled by a cooler is first primarily separated from the compressed air by the droplet primary separation means, Those that could not be separated here are further separated by the secondary droplet separation means. Thereby, a droplet can fully be isolate | separated from compressed air and mixing of the droplet to the high-pressure stage side compressor main body can fully be suppressed. Accordingly, it is possible to prevent solid astringency due to rust of the high-pressure stage compressor body, and it is possible to improve the reliability of the two-stage screw compressor.
[0012]
As a result, the fine droplets generated in the cooler collide with the collision portion together with the compressed air by the flow of the compressed air, so that aggregation is promoted and become larger droplets. As a result, the liquid drops easily due to its own weight and can be easily separated from the compressed air, so that the droplets can be separated efficiently.
[0013]
Also, for example, when the conventional structure is modified to realize the configuration of the present invention, the existing droplets can be obtained simply by modifying the piping from the droplet primary separation means to the high-pressure stage compressor body and providing a collision part. It is possible to promote the separation of droplets while leaving the primary separation means. Therefore, the modification from the conventional structure can be easily and inexpensively performed.
[0016]
(2) Above (1) Preferably, the primary droplet separating unit and the secondary droplet separating unit are integrally configured.
[0017]
In general, a water-cooled cooler is integrally provided with a droplet primary separation means at its outlet, whereas an air-cooled cooler is not provided with a droplet primary separation means. For this reason, normally, in an air-cooled two-stage screw compressor, for example, a commercially available droplet primary separation means is provided outside the main body and connected to the cooler and the high-pressure stage compressor main body. The generated droplets are separated.
[0018]
According to the present invention, when the air-cooled two-stage screw compressor having the above-described conventional structure is modified to realize the configuration of the present invention, the droplet primary separation means provided outside the main body is integrally configured. It is only necessary to replace the droplet primary separation means and the droplet secondary separation means, and the conventional structure can be easily and inexpensively modified.
[0019]
(3) In the above (1) or (2), the droplet primary separation means is a cooler header provided integrally with the cooler, Outlet tube Is provided penetrating so as to protrude from the outside of the side of the closing tube to the inside.
(4) In said (3), the said discharge port is provided in the bottom part of the exit chamber through which the compressed air from the said cooler flows in the said cooler header.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a two-stage screw compressor according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, a first embodiment of a two-stage screw compressor according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0021]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall structure of the first embodiment of the two-stage screw compressor of the present invention. The white arrows in FIG. 1 indicate the flow of compressed air, the thick black arrows indicate the flow of oil, the black thin arrows indicate the flow of cooling water, and the gray arrows indicate the flow of cooling air. .
In FIG. 1, the first embodiment of the two-stage screw compressor of the present invention is a water-cooled two-stage screw compressor, which includes a low-pressure stage compressor body 1, And a high-pressure
[0022]
The pinion gears 5 and 6 and the bull gear 9 are housed in a
[0023]
When the low-pressure stage compressor body 1 rotates, the compression air is sucked into the low-pressure stage compressor body 1 from the outside via the
[0024]
The
[0025]
As described above, the interior of the
In FIG. 2, the
[0026]
A
[0027]
The
[0028]
The outlet chamber 16B has a substantially upper half area inside the
[0029]
The upper portion of the outlet chamber 16B (more specifically, the droplet receiving portion 16B 1 Is formed with a discharge port 16e, and an edge portion 16f is provided around the discharge port 16e. Further, a
[0030]
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the structure of the closing
In FIG. 3, the closing
[0031]
The
[0032]
In the above, the
[0033]
Next, the operation and action of the first embodiment of the two-stage screw compressor of the present invention having the above configuration will be described below.
Compressed air that has been compressed by the low-pressure stage compressor body 1 to a high temperature is introduced into the
[0034]
Here, the cooling capacity of the
[0035]
In this way, when droplets are generated by being cooled by the
[0036]
However, at this time, the droplet separation efficiency in the outlet chamber 16B is about 80 to 90%, and the remaining about 10 to 20% of the droplets that could not be separated flows into the
[0037]
The compressed air that has flowed into the blocking
[0038]
At this time, the droplets separated from the compressed air in the outlet chamber 16B and the
[0039]
The compressed air from which the droplets are secondarily separated in the
[0040]
As described above, in the first embodiment of the two-stage screw compressor of the present invention, liquid droplets generated when the
[0041]
Further, according to the present embodiment, the droplets separated by the closing
[0042]
For example, when remodeling a conventional two-stage screw compressor to achieve the configuration of the present embodiment, the corner of the pipe from the conventional intercooler header to the high-pressure stage compressor body is modified. Then, only by forming the
[0043]
In addition, according to the present embodiment, since no filter is used at all, it is possible to prevent an increase in pressure or an increase in pressure loss due to filter clogging that occurs when a droplet separator having a general structure with a built-in filter is used. Can be prevented.
[0044]
In the first embodiment of the present invention, the through
[0045]
Next, a second embodiment of the two-stage screw compressor of the present invention will be described below with reference to FIGS. In this embodiment, the present invention is applied to an air-cooled two-stage screw compressor.
[0046]
FIG. 5 is a schematic diagram showing the overall structure of the second embodiment of the two-stage screw compressor of the present invention. The white arrows in FIG. 5 indicate the flow of compressed air, and the gray arrows indicate the flow of cooling air.
In FIG. 5, the second embodiment of the two-stage screw compressor of the present invention is an air-cooled two-stage screw compressor, which includes a low-pressure stage
[0047]
The compressed air compressed by the low-pressure
[0048]
The
[0049]
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing the structure of the
In FIG. 6, the
[0050]
The
[0051]
In the
[0052]
The closing
[0053]
The
[0054]
In the above, the
[0055]
Next, the operation and action of the second embodiment of the two-stage screw compressor of the present invention having the above configuration will be described below.
The compressed air compressed by the low-pressure
[0056]
When droplets are generated by cooling in the
[0057]
Thereafter, the compressed air flows into the
[0058]
At this time, the droplets separated from the compressed air in the
[0059]
The compressed air from which the droplets have been separated by the
[0060]
As described above, according to the second embodiment of the two-stage screw compressor of the present invention, droplets generated by the
[0061]
Here, in general, in a water-cooled two-stage screw compressor, the intercooler is integrally provided with a droplet separator such as the intercooler header outlet chamber 16B in the first embodiment described above. On the other hand, in an air-cooled two-stage screw compressor, the intercooler does not include a droplet separator. For this reason, in an air-cooled two-stage screw compressor having a conventional structure, a commercially available droplet separator is usually provided outside the main body and connected to the intercooler and the high-pressure stage compressor main body. The droplets generated in the cooler are separated.
[0062]
According to the present embodiment, when the air-cooled two-stage screw compressor having the conventional structure is modified to realize the configuration of the present embodiment, a commercially available droplet separation provided outside the main body is provided. Since it is only necessary to replace the vessel with the
[0063]
【The invention's effect】
According to the present invention, by providing the droplet secondary separation means between the droplet primary separation means and the high pressure stage side compressor body, the compressed air compressed by the low pressure stage side compressor body is cooled by the cooler. The droplets generated at the time of the separation are first separated from the compressed air by the droplet primary separation means, and those that could not be separated here are further separated by the droplet secondary separation means. Thereby, a droplet can fully be isolate | separated from compressed air and mixing of the droplet to the high-pressure stage side compressor main body can fully be suppressed. Accordingly, it is possible to prevent solid astringency due to rust of the high-pressure stage compressor body, and it is possible to improve the reliability of the two-stage screw compressor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall structure of a first embodiment of a two-stage screw compressor according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a detailed structure of an intercooler header constituting the first embodiment of the two-stage screw compressor of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the structure of a closed tube constituting the first embodiment of the two-stage screw compressor of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the structure of a modified example of the closed tube constituting the first embodiment of the two-stage screw compressor of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the overall structure of a second embodiment of the two-stage screw compressor of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing the structure of a droplet separator constituting a second embodiment of the two-stage screw compressor of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Low pressure stage compressor body
2 High-pressure stage compressor body
16 Intercooler header (cooler header)
16B outlet chamber (primary droplet separation means)
16b Side wall (wall surface)
17 Intercooler (cooler)
18 Closure tube (Droplet secondary separation means)
18 'Occlusion tube (secondary droplet separation means)
18b Blocking plate part (collision part; blocking plate)
19 Lead pipe
39 Low pressure stage compressor body
40 High-pressure stage compressor body
47 Intercooler (cooler)
50 Lead pipe
54 Primary separation chamber (Droplet primary separation means)
55 Closure tube (secondary droplet separation means)
55b Blocking plate part (collision part; blocking plate)
58 Collision plate (wall surface)
Claims (4)
この低圧段側圧縮機本体で圧縮された圧縮空気を冷却する冷却器と、
この冷却器の冷却により前記圧縮空気内に生じた液滴を、略水平方向に流れる前記圧縮空気の流れ方向に対して略垂直な壁面に衝突させることで、一次的に分離する液滴一次分離手段と、
この液滴一次分離手段の上方に設けられ、前記液滴一次分離手段で分離しきれなかった液滴を衝突させることで二次的に分離する閉塞板を筒部の上端に備えた閉塞管からなる液滴二次分離手段と、
前記閉塞板よりも下方において前記閉塞管の筒部の側方外部から前記閉塞管で液滴を分離した圧縮空気を導出する導出管と、
前記液滴一次分離手段の前記略垂直な壁面よりも下方に位置し、前記液滴一次分離手段及び前記液滴二次分離手段によって分離された液滴を排出する排出口と、
前記導出管からの圧縮空気をさらに圧縮する高圧段側圧縮機本体とを備える二段式スクリュー圧縮機。A low-pressure stage compressor body,
A cooler for cooling the compressed air compressed by the low-pressure stage compressor body;
Droplet primary separation that primarily separates droplets generated in the compressed air by cooling the cooler by colliding with a wall surface substantially perpendicular to the flow direction of the compressed air flowing in a substantially horizontal direction. Means,
A blocking plate provided above the droplet primary separating means and secondarily separating by colliding with a droplet that could not be separated by the droplet primary separating means was provided at the upper end of the cylindrical portion. A droplet secondary separation means comprising:
A lead-out pipe for deriving compressed air from which droplets have been separated by the closing pipe from outside the side of the cylinder portion of the closing pipe below the closing plate;
A discharge port which is located below the substantially vertical wall surface of the droplet primary separation means and discharges the droplets separated by the droplet primary separation means and the droplet secondary separation means;
A two-stage screw compressor comprising a high-pressure stage compressor body for further compressing compressed air from the outlet pipe.
前記導出管は、前記閉塞管の側方外部から内部に突出するように貫通して設けられることを特徴とする二段式スクリュー圧縮機。The two-stage screw compressor according to claim 1 or 2, wherein the droplet primary separation means is a cooler header provided integrally with the cooler,
The two-stage screw compressor is characterized in that the lead-out pipe is provided so as to penetrate from the outside of the side of the closing pipe to the inside.
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