JP5389893B2

JP5389893B2 - 無給油式スクリュー圧縮機

Info

Publication number: JP5389893B2
Application number: JP2011267553A
Authority: JP
Inventors: 英樹藤元; 仁西村
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2027-07-03
Also published as: JP2012047185A

Description

本発明は、冷却ファンの回転制御を可能とした無給油式スクリュー圧縮機に係り、更に詳しくは環境温度の変動に対応して圧縮空気及び潤滑油の温度を適正に保つことができる無給油式スクリュー圧縮機に関する。

非接触かつ無給油で回転可能な一対の雄雌のスクリューロータを有し、このスクリューロータによって空気を圧縮するオイルフリースクリュー圧縮機が知られている。空冷式オイルフリースクリュー圧縮機は、軸受及びギヤ等を潤滑する潤滑油、及び圧縮空気を冷却のための空冷式冷却器を備え、この空冷式冷却器に冷却ファンにて外気を取り込み、潤滑油、及び圧縮空気に対する熱交換を行う構造としている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１−１１６２９７号公報

空冷式の無給油式スクリュー圧縮機において、圧縮機本体内の雌雄一対のスクリューロータは、軸受にて圧縮機本体に支持され、ギヤにてモータからの回転動力が与えられる構造としている。また、圧縮機本体内外の駆動部に使用される軸受及びギヤには、潤滑油が供給される構造としている。

この種の空冷式の無給油式スクリュー圧縮機は、設定仕様に対して環境温度が大きく変化する場所に設置されることがある。この場合に、周囲環境温度により、潤滑油の温度が適正温度より低くなった場合、潤滑油の粘度の増加に伴い、軸受及びギヤの機械的な動力損失が徴増する。また、潤滑油の温度の上昇は、潤滑油自身の寿命を短縮させることとなる。

また、圧縮機本体から吐出される圧縮空気においても、環境温度によって吐出圧縮空気温度が変動するが、環境温度の上昇による吐出圧縮空気の温度上昇は、空冷式冷却器の寿命を低減し、さらに圧縮機の保護装置の設定温度を超えた場合、事故防止のために圧縮機は停止する。また、環境温度が適正温度を大きく下回れば、圧縮空気中の凝縮水の発生及び増加により、圧縮空気量の低減及び圧縮機内外の機器の故障につながる。

しかし、上述した潤滑油及び圧縮空気の空冷式冷却機器は、冷却ファンによって圧縮機外から取り込まれる冷却風と熱交換が行われるため、冷却ファンの回転数が一定であれば環境温度により潤滑油及び圧縮空気の温度が変動してしまうという問題が発生する。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、環境温度が変動しても、潤滑油及び吸込空気の温度を適正に保ち、高い信頼性を維持することができる無給油式スクリュー圧縮機を提供することを目的する。

上記目的を達成するために、第１の発明は、非接触かつ無給油で回転可能な雄雌一対のスクリューロータを有する圧縮機本体と、圧縮機潤滑油用の空冷式冷却器と、圧縮空気用の空冷式冷却器と、前記圧縮機本体内及び前記空冷式冷却器に冷却風を供給する冷却ファンとを備え、潤滑油の温度を検出する第１のセンサと、吸込空気温度を検出する第２のセンサと、潤滑油の設定温度、及び吸込空気の設定温度を記憶する記憶部と、第１のセンサからの潤滑油温度検出値が前記記憶部に記憶した潤滑油の設定温度よりも高くなった場合に、前記冷却ファンの回転数を増加させる制御信号を演算し、また、第２のセンサからの吸込空気温度検出値が前記記憶部に記憶した吸込空気の設定温度よりも高くなった場合に、冷却ファンの回転数を増加させる制御信号を演算し、演算した前記いずれかの制御信号を優先して前記冷却ファンの回転数を増加させる制御信号を出力する冷却ファン制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記冷却ファンは、冷却ファン専用のインバータにて回転数制御されることを特徴とする。

更に、第３の発明は、第１の発明において、前記冷却ファンは、圧縮機用インバータにて回転数制御されることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１の発明において、前記冷却ファン制御手段は、圧縮機ユニット内外温度を取り込み、前記冷却ファンの回転数を制御することを特徴とする。

更に、第５の発明は、第１の発明において、前記冷却ファン制御手段は、始動盤等の制御盤内温度を取り込み、前記冷却ファンの回転数を制御することを特徴とする。

また、第６の発明は、第１の発明において、前記冷却ファン制御手段は、潤滑油の温度を予め設定した温度範囲に保たれるように、前記冷却ファンの回転数を制御することを特徴とする。

本発明によれば、環境温度が変動しても、潤滑油及び吸込空気の温度を適正に保つことができるので、信頼性の高い無給油式スクリュー圧縮機を提供することができる。

本発明の二段空冷式無給油式スクリュー圧縮機の一実施形態の全体構成を示す系統図である。図１に示す本発明の二段空冷式無給油式スクリュー圧縮機の一実施形態を構成する冷却ファン制御手段の構成を示す図である。本発明の二段空冷式無給油式スクリュー圧縮機の他の実施形態の全体構成を示す系統図である。図３に示す本発明の二段空冷式無給油式スクリュー圧縮機の一実施形態を構成する冷却ファン制御手段の構成を示す図である。

以下、本発明の無給油式スクリュー圧縮機の実施の形態を図面を用いて説明する。

本発明の実施形態として、タイミングギヤにより非接触かつ無給油で回転可能な雄雌一対のスクリューロータを有する圧縮機本体と、圧縮機本体から吐出される圧縮空気を冷却する空冷式冷却装置と、圧縮機本体内外の駆動部で使用される軸受及びギヤ用潤滑油を冷却する空冷式冷却装置を有し、この冷却装置用への冷却空気風量を調整するために回転数制御を可能とした冷却ファンとで構成された無給油式スクリュー圧縮機について説明する。

具体的には、冷却ファン専用のインバータ及びこの制御部を有し、潤滑油温度、吸込縮空気温度、圧縮機ユニット内外温度、始動盤内温度のいずれかを温度センサにて検知し、冷却ファンの回転数制御を行う。また、圧縮機の容量制御に同期し、冷却ファンの回転数制御を行うことも可能とする。

図１は、本発明の単段空冷式無給油式スクリュー圧縮機の一実施形態の全体構成を示す系統図である。この図１において、無給油式スクリュー圧縮機１は、その筐体１Ａ内に一段圧縮機本体２Ａ、一段圧縮機本体２Ｂを備えている。圧縮機本体２Ａ、２Ｂは、ギヤケーシング３内に取付けられている。圧縮機本体２Ａ、２Ｂ内には、雄ロータ４及び雌ロータ５の一対のスクリューロータが備えられている。これらのロータの一方側の軸端部にはタイミングギヤ６、７が取付けられている。

雄ロータ５の一方の軸端には、ピニオンギヤ９が取付けられている。このピニオンギヤ９は、駆動シャフトに連結されたブルギヤ１０と噛合っている。これらのピニオンギヤ９とブルギヤ１０は、ギヤケーシング３内に収納されている。ギヤケーシング３の下部は油溜め１２となっている。また、ロータ及び駆動シャフトは、いずれも軸受８にて支持されている。ブルギヤ１０を有する駆動シャフト軸端部に取付けられたプーリと、モータシャフト軸端部に取付けられたシーブとには、駆動ベルト１１が掛け渡されている。これらの圧縮機駆動用ギヤ１０及びベルト１１を用いて、モータ１３の出力が圧縮機本体２Ａ、２Ｂへと伝達される。

圧縮空気の流れとしては、外気を取込み、一段圧縮機本体２Ａにより圧縮された空気が、吐出配管１６Ａを通り、一段圧縮空気用冷却器１７Ａにより冷却された後、吐出配管１６Ｂを通り二段圧縮機本体２Ｂにより圧縮される。二段圧縮機本体２Ｂにより圧縮された空気は、吐出配管１８を通り、二段圧縮空気用冷却器１７Ｂにより冷却された後、吐出配管１９を通り圧縮機ユニット外に接続された配管へと供給される。吐出配管１８には、逆止弁１５が設けられている。

潤滑油の流れとしては、ギヤケース３内の油溜め１２に回収された潤滑油が、潤滑油配管２１を通り、潤滑油用冷却器２０により冷却された後、潤滑油配管２３に接続されたオイルフィルタ２２を通過後、一段圧縮機本体２Ａ、二段圧縮機本体２Ｂを含む駆動部軸受８及びギヤ９，１０に供給される。

圧縮機１の筐体１Ａの内部（図１の左下側）には、始動及び制御盤２４を備えている。また、圧縮機１の筐体１Ａの内部（図１の右上側）には冷却ファン２５が設けられている。冷却ファン２５は、モータ２６によって回転制御される。冷却ファン２５の回転により、筐体１Ａに形成した吸気孔２７から外気が取り込まれる。この外気は、ユニット内部を冷却したのち、圧縮空気用冷却器１７Ａ，１７Ｂ及び潤滑油用冷却器２０と熱交換が行われた後、筐体１Ａに形成した排気孔２８から排出される。

潤滑油用冷却器２０の出口側の潤滑油配管２３には、潤滑油の温度を検出する第１のセンサ２９が、一段圧縮機本体２Ａ及び二段圧縮機本体２Ｂの吸込側には、吸込空気温度を検出する第２のセンサ３０Ａ，３０Ｂが設けられている。これらのセンサ２９，３０Ａ，３０Ｂの検出信号は、後述する冷却ファン制御手段３１に取り込まれる。

図２は、本発明の二段空冷式無給油式スクリュー圧縮機の一実施形態を構成する冷却ファン制御手段３１の構成を示すもので、この図２において、図１と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

冷却ファン制御手段３１は、潤滑油の設定温度、及び吸込空気の設定温度を記憶する記憶部３１Ａと、第１のセンサ２９からの潤滑油温度検出値が記憶部３１Ａに記憶した潤滑油の設定温度よりも高くなった場合に、冷却ファン２５の回転数を増加させる制御信号を演算し、また、第２のセンサ３０Ａ及び３０Ｂからの吸込空気温度検出値が記憶部３１Ａに記憶した吸込空気の設定温度よりも高くなった場合に、冷却ファン２５の回転数を増加させる制御信号を演算する演算部３１Ｂとを備えている。演算部３１Ｂからの制御信号は、冷却ファン専用インバータ３２に伝えられる。冷却ファン専用インバータ３２は、これに基づき、冷却ファン２５のモータ２６に出力され、モータ２６は冷却ファン２５を回転数制御する。

次に、上述した本発明の二段空冷式無給油式スクリュー圧縮機の一実施形態の動作を図１及び図２を用いて説明する。
潤滑油の温度は、第１のセンサ２９により、また吸込空気温度は、第２のセンサ３０Ａ及び３０Ｂにより、冷却ファン制御手段３１の演算部３１Ｂに取り込まれている。無給油式スクリュー圧縮機１の設置箇所等による周囲環境の影響により、潤滑油の温度が上昇し、記憶部３１Ａに記憶した潤滑油の設定温度よりも高くなった場合、冷却ファン制御手段３１の演算部３１Ｂは、冷却ファン２５の回転数を増加させるように、制御信号を冷却ファン専用インバータ３２を介して冷却ファン２５のモータ２６に出力する。これにより、冷却ファン２５の回転数増加により、冷却風量が増加し、潤滑油の温度上昇が抑えられ、潤滑油を適正温度に保つことができる。

また、無給油式スクリュー圧縮機１の設置箇所等による周囲環境の影響により、吸込空気の温度が上昇し、記憶部３１Ａに記憶した吸込空気の設定温度よりも高くなった場合、冷却ファン制御手段３１の演算部３１Ｂは、冷却ファン２５の回転数を増加させるように、制御信号を、冷却ファン専用インバータ３２を介して冷却ファン２５のモータ２６に出力する。これにより、冷却ファン２５の回転数増加により、冷却風量が増加し、吸込空気の温度上昇が抑えられ、吸込空気を適正温度に保つことができる。

なお、この実施の形態において、潤滑油の温度上昇による冷却ファン制御、及び吸込空気温度上昇による冷却ファン制御は、これらの設定値のいずれかを優先して制御される。もしくは、演算部３１Ｂにより、予め設定した温度範囲に潤滑油及び吸込空気温度が保たれるよう制御される。

上述したように、この実施の形態においては、環境温度が変動しても、潤滑油の温度を適正に保つことができ、且つ吸込空気の温度を適正に保つことで圧縮空気温度を適正に保つことができるので、無給油式スクリュー圧縮機の高い信頼性を維持することができる。

図３及び図４は、本発明の二段空冷式無給油式スクリュー圧縮機の他の実施形態を示すもので、図３はその全体構成を示す系統図、図４はその冷却ファン制御手段の構成を示すもので、この図３及び図４において、図１及び図２と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
この実施の形態は、前述した実施の形態における潤滑油の温度上昇による冷却ファン制御、及び吸込空気温度上昇による冷却ファン制御に加えて、環境温度の変動に影響される圧縮機ユニット内外、及び始動及び制御盤２４の温度上昇を抑制するために、筐体１Ａに筐体１Ａ内外の温度を検出する第３のセンサ３３を、始動及び制御盤２４にその内部の温度を検出する第４のセンサ３４を設け、これらのセンサ３３，３４の検出信号を、冷却ファン制御手段３１に取り込み、冷却ファン制御手段３１により、前述した実施の形態と同様に、検出値が設定値を超えた場合に、冷却ファン２５の回転数を増加させて、圧縮機ユニット内外、及び始動及び制御盤２４の温度を適正に維持させるようにしたものである。これにより、モータ及び始動盤内の機器に対する温度上昇による熱負荷を低減可能とすることができる。

また、図１のアンローダ、自動停止機能付きの圧縮機もしくはインバータ制御圧縮機における吐出圧縮空気の容量制御と冷却ファンの回転数制御を同期させることで、上述した潤滑油温度、吐出圧縮空気温度、圧縮機ユニット内及び始動盤内温度を適正温度に保つ構成とすることも可能である。この際、容量制御による圧縮機停止時において、ユニット内温度を確認の上、冷却ファン２５をインバータ最低周波数における回転もしくは停止する構成も可能である。

また、上述した実施の形態においては、冷却ファン２５を、冷却ファン専用インバータ３２で回転数制御するようにしたが、圧縮機用インバータにて回転数制御することも可能である。

１無給油式スクリュー圧縮機
２Ａ一段圧縮機本体
２Ｂ二段圧縮機本体
３ギヤケーシング
４雄ロータ
５雌ロータ
１３モータ
１７Ａ一段圧縮空気用冷却器
１７Ｂ一段圧縮空気用冷却器
１８吐出配管
１９吐出配管
２０潤滑油用冷却器
２１潤滑油用配管
２３潤滑油用配管
２４始動及び制御盤
２５冷却ファン
２６モータ
２７吸気孔
２８排気孔
２９第１のセンサ
３０Ａ第２のセンサ
３０Ｂ第２のセンサ
３１冷却ファン制御手段

Claims

非接触かつ無給油で回転可能な雄雌一対のスクリューロータを有する圧縮機本体と、圧縮機潤滑油用の空冷式冷却器と、圧縮空気用の空冷式冷却器と、前記圧縮機本体内及び前記空冷式冷却器に冷却風を供給する冷却ファンとを備え、
潤滑油の温度を検出する第１のセンサと、
吸込空気温度を検出する第２のセンサと、
潤滑油の設定温度、及び吸込空気の設定温度を記憶する記憶部と、第１のセンサからの潤滑油温度検出値が前記記憶部に記憶した潤滑油の設定温度よりも高くなった場合に、前記冷却ファンの回転数を増加させる制御信号を演算し、また、第２のセンサからの吸込空気温度検出値が前記記憶部に記憶した吸込空気の設定温度よりも高くなった場合に、冷却ファンの回転数を増加させる制御信号を演算し、演算した前記いずれかの制御信号を優先して前記冷却ファンの回転数を増加させる制御信号を出力する冷却ファン制御手段と、を備えたことを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
請求項１に記載の無給油式スクリュー圧縮機において、前記冷却ファンは、冷却ファン専用のインバータにて回転数制御されることを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
請求項１に記載の無給油式スクリュー圧縮機において、前記冷却ファンは、圧縮機用インバータにて回転数制御されることを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
請求項１に記載の無給油式スクリュー圧縮機において、前記冷却ファン制御手段は、圧縮機ユニット内外温度を取り込み、前記冷却ファンの回転数を制御することを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
請求項１に記載の無給油式スクリュー圧縮機において、前記冷却ファン制御手段は、始動盤等の制御盤内温度を取り込み、前記冷却ファンの回転数を制御することを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
請求項１に記載の無給油式スクリュー圧縮機において、前記冷却ファン制御手段は、潤滑油の温度を予め設定した温度範囲に保たれるように、前記冷却ファンの回転数を制御することを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。