JP5486738B2 - 二段中圧スクリューエアコンプレッサ - Google Patents

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Description

本発明はスクリューエアコンプレッサの分野に関し、具体的には、吐出圧が３．５ＭＰａまでになる二段中圧スクリューエアコンプレッサに関する。本発明は、水力発電、さく井、軍事的用途、およびＰＥＴブロー成形といった民生用および工業用用途に幅広く使用される。
現在、屋内あるいは屋外で使用される中圧スクリューエアコンプレッサの大部分は、モーターと、当該モーターのギアボックスによってそれぞれ同時に駆動する一次スクリューコンプレッサおよび二次スクリューコンプレッサと、気液分離器とを備えている。運転中において、空気は、ガス入口を通って流入し、当該一次スクリューコンプレッサおよび二次スクリューコンプレッサで圧縮され、然る後、中圧ガスがガス放出チャンバを介して気液分離器へ送られる。圧縮時に水あるいは油といった媒体をスプレーする必要があることから、当該二段スクリューコンプレッサにおけるガスは水あるいは油と混ざることになる。同時に、圧縮時に所定の水分率になる。圧縮後あるいは設定された圧力に達した後、混合ガスは排出されて気液分離器に流入し、当該混合ガスからガスと液体とが分離される。上部ガス排出路を通過する際に冷却器によって冷却された後、当該気液分離器で分離された圧縮空気は、ガス管を通じてユーザに送られる。
さらに、当該気液分離器の中央部分には、第１油出口が設けられている。第１フィルターで不純物が取り除かれた後、気液分離器からの処理された液体（水分および油を含んでいる）は送油管を通って油分配器に送られ、清浄な潤滑油がコンプレッサの可動部品を潤滑するように二段スクリューコンプレッサの潤滑構成部品に注入され、それにより油の閉じた循環が形成される。
二段中圧スクリューエアコンプレッサの吐出圧が比較的高いため、特に当該吐出圧が３．５ＭＰａに達するような場合、圧縮中の圧縮空気は比較的高い水分率となる傾向にあり、加えて、気液分離器の第1油出口からの油に伴って排出される。もし、水分が浸透した潤滑油がスクリューコンプレッサに注入された場合、潤滑状態およびコンプレッサの中の可動部品の性能は重大な影響を受けることになり、さらにスクリューコンプレッサの運転性能および寿命に対しても大きく影響する。
特開２００４−０６８６５８号公報
本発明の課題は、コンパクトな構成で、良好な運転性能かつ長寿命の二次油水分離器を備える二段中圧スクリューエアコンプレッサを提供することにある。
上記課題を解決するため、当該二段中圧スクリューエアコンプレッサは下記の構成を有する。
モーターで駆動する一次スクリューコンプレッサ、および当該モーターで駆動する二次スクリューコンプレッサ。
第１ガス−液入口が接線方向に接続された側壁、および当該側壁の中央部分に接続された第１油出口を有する気液分離器。当該二次スクリューコンプレッサは、第１ガス-液入口を介して気液分離器に連通している。
第１油出口、第１フィルター、冷却器、および油送管を通じて気液分離器からの処理済み油を受けるための複数の油分配器。
気液分離器の第１油出口に接続された二次油水分離器。当該二次油水分離器は、天面および底面を有する上部分離タンクと、天面および底面を有する下部分離タンクとを有している。複数のブラケットが当該下部分離タンク上に取り付けられており、当該上部分離タンクがこれら複数のブラケットの上側に取り付けられている。当該上部分離タンクの天面に接続された第２油入口。当該第２油入口は電磁弁を有している。当該上部分離タンクの底に接続された第２油出口。当該第２油出口は電磁弁を有しており、第２油入口は、第１油出口に接続されている。
上部分離タンクと下部分離タンクとを接続して、両分離タンク間で液体を通流可能にする電動ボール弁。下部分離タンクの底に接続された二次排水電磁弁。
上述した二次油水分離器の構造設計を採用する場合、気液分離器からの処理済み油は、さらに、二次分離にかけられるとともに残水分の除去がなされ、これにより、コンプレッサにおける可動部品の潤滑条件および性能が著しく向上するという効果を奏し、高い吐出量、安定した放圧、および著しく向上した運転効率が達成される。
二次油水分離器を複数の油分配器に接続するための第２フィルターは、第２油出口に接続されている。したがって、固体の不純物は、二次油水分離器を通過する潤滑油がスクリューコンプレッサに注入される前に除去される。
二次油水分離器の第２油出口は、二次スクリューコンプレッサの潤滑部品にも接続され得る。これにより、高圧作動下での二次スクリューコンプレッサの可動部品の潤滑状況および性能がさらに向上し、運転効率および安全性が強化される。
透明管は、電動ボール弁と上部分離タンクとを接続するものであり、二次油水分離器における水と油の分離状態を見るための観測窓として機能する。
油水界面検出器は、下部分離タンクの天面に接続されており、二次油水分離器における油水界面の状態を読み取るとともに測定するために用いられる。
電動ボール弁と同様に、第２油入口の電磁弁、第２油出口の電磁弁、および二次排水電磁弁は、プログラム可能なロジック・コントローラによって制御され、時間、流量、および二次排水の関連するパラメータと同様に、第２油入口、第２油出口、および電動ボール弁の通流路といった事項の正確性を確保する。これにより、二次油水分離器の機能が設計された通りに維持される。
モーター、一次スクリューコンプレッサ、二次スクリューコンプレッサ、気液分離器、第１フィルター、冷却器、および二次油水分離器は、それぞれ、ベースの上に設けられており、これにより、コンパクトな構造、芸術的な外観、および床面積の極小化といったメリットが生じる。
上述した目的を達成するため、他の二段中圧スクリューエアコンプレッサは下記の構成を有することもできる。
モーターで駆動する一次スクリューコンプレッサ。吐出口を有するとともに当該モーターで駆動する二次スクリューコンプレッサ。
天面および側壁を有し、当該天面に接続されたガス排出口と、当該側壁に対して接線方向に接続された第１ガス−液入口と、当該第１ガス−液入口の下側で側壁に接続する第１油出口とを有する気液分離器。第１ガス−液入口に接続され、二次スクリューコンプレッサを気液分離器に対して連絡可能にする二次スクリューコンプレッサの吐出口。
気液分離器に接続された第１油出口。第１油出口に接続された第１フィルター。入口を有し第１フィルターに接続された冷却器。送油管を通して冷却器に接続された複数の油分配器。
天面を有する上部分離タンクと、天面および底面を有する下部分離タンクとを備える二次油水分離器。上部分離タンクは、フレームによって下部分離タンクから離間している。
電磁弁を有し、上部分離タンクの天面に接続された第２油入口。電磁弁を有し、上部分離タンクの底面に接続された第２油出口。第２油入口は第１油出口に接続されているとともに、第２油出口は送油管に接続されている。
上部分離タンクを下部分離タンクに接続するとともに両分離タンク間で液体の通流を可能にする電動ボール弁、および、下部分離タンクの底面に接続された二次排水電磁弁。
好適には、二次油水分離器の第２油出口は冷却器の入口に接続される。すなわち、第２油出口から排出された油は、冷却器で冷却された後、油分配器に送られる。
本発明では、従来技術と比較して、二次油水分離器は、高い吐出量、安定した放圧、および高い運転効率といった機能を有している。さらに、ガス排出温度は比較的低く、常温よりもわずかに５〜１５℃高いだけである。加えて、低騒音、長寿命、動作の高い安定性、および高い安全性を有している。
本発明の実施例にかかる二段中圧スクリューエアコンプレッサのシステムフロー図である。 本発明の実施例にかかる二段中圧スクリューエアコンプレッサの斜視図である。 本発明の実施例にかかる二段中圧スクリューエアコンプレッサにおける二次油水分離器の斜視図である。 本発明の実施例にかかる二段中圧スクリューエアコンプレッサの斜視図の一部である。
本発明の革新的かつ技術的な内容のさらなる理解を可能にするため、下記の本発明の詳細な説明および添付図面を参照する。
図１から４に示すように、二段中圧スクリューエアコンプレッサは、ベース１０上に据え付けられたモーター１を有している。一次スクリューコンプレッサ２１および二次スクリューコンプレッサ２２は、ギアボックス２を介してモーター１によって同時に駆動される。ガス吸入口３からの空気が一次スクリューコンプレッサおよび二次スクリューコンプレッサに流入して圧縮され、中圧ガスとして３．５MPａまで圧縮できる。この中圧はガスおよび液体を分離するためにガス放出チャンバ４を介して気液分離器６に送られる。
水あるいは油といった媒体は、スクリューコンプレッサにおける圧縮中に添加され、また、同時に、いくらかの割合の水分が生成される。この混合ガスは、圧縮されて設定された圧力に達した後で排出され、垂直下向きのサイクロン分離器および上部ガス排出口６２を有する気液分離器６の側壁に対して接線方向に接続された第１ガス−液入口６１を有する当該気液分離器６に流入する。気液分離器によって混合ガスから分離され、また、上部ガス排出口６２を通過する際に冷却器７１によって冷却された後の圧縮空気は、ガス管８を通じてユーザに供給される。図１、２および４に示すように、気液分離器は垂直下向きのサイクロン分離器を有しており、ガスおよび液体を高効率で分離することができる。それと同時に、気液分離器は、安定的な動作を目的として垂直下向きの応力を生じる。
図１、２および４に示すように、気液分離器６は側壁を有しており、この側壁の中央部分には第１油出口が設けられている。複数の油分配器１２、１３は、気液分離器から、第１油出口６３を介し、第１フィルターで固体不純物が除去された処理済み油を受け入れるとともに、清浄な送油管６５を介して冷却器７に流入させる。また、複数の油分配器１２、１３は、清浄な潤滑油を一次スクリューコンプレッサおよび二次スクリューコンプレッサを潤滑部品に注入し、コンプレッサの可動部品を潤滑させる。つまり、冷却された油は液体注入バルブを介して再びスクリューコンプレッサに注入され、この結果、閉じられた油循環系が形成される。
気液分離器６からの処理済み油は、未だ、可動部品の潤滑状態および性能に重大な影響を及ぼし、かつ、スクリューコンプレッサの運転性能や寿命にも影響を与える少量の水分を含んでいる。
スクリューコンプレッサの運転性能および寿命を向上させるため、二次油水分離器９が追加される。油に含まれる水分をさらに除去するために気液分離器６からの処理済み油を二次油水分離器９に通すことにより、スクリューコンプレッサに対してより高い品質の作動油および潤滑性能を提供する。
二次油水分離器９は、第１油出口６３および油分配器１２、１３の間に接続されている。すなわち、気液分離器６からの処理済み油は、第１油出口６３を通じて２つに分けられる。その内の一方は、第１フィルター６４、冷却器７、送油管１１、および油分配器１２、１３を通過した後、最終的に、一次スクリューコンプレッサ２１および二次スクリューコンプレッサ２２に注入される。他方は、二次油水分離器９、第２フィルター６６、冷却器７、および送油管１１を通過した後、最終的に、油分配器１２、１３を通って一次スクリューコンプレッサ２１および二次スクリューコンプレッサ２２に注入される。
二次油水分離器は、天面および底面を有する上部分離タンク９１と、天面および底面を有する下部分離タンク９２と、下部分離タンク９２の上側に取り付けられた複数のブラケット９３とを備えている。また、上部分離タンク９１は、複数のブラケット９３の上側に取り付けられている。第２油出口９８は、上部分離タンク９１の天面に接続されている。電磁弁を有する第２油出口９８は、送油管１１に接続されている。電動ボール弁９５は、上部分離タンク９１を下部分離タンク９２に接続して、両分離タンク９１、９２間で液体が通流可能にしたり、通流不能にする。透明管９６は、電動ボール弁９５の上部に接続されており、上部分離タンク９１と下部分離タンク９２間の水および油の分離状態を観察できるようになっている。油水界面検出器９７は、下部分離タンク９２の天面に接続されており、下部分離タンク９２における水および油の界面の状態を観察できるようになっている。二次排水電磁弁９９は、下部分離タンク９２の底面に接続されており、図３に示すように、二次油水分離器で分離された水分は、水分排出口としての二次排水電磁弁９９から排出される。
二次油水分離器９の処理動作は、下記に示すとおりである。
（第１ステップ）
適式の潤滑油が上部分離タンク９１に注入され、また、同タンク９１の下部にある当該適式の潤滑油は油分配器１２、１３に連通された第２油出口９８を通して油分配器１２、１３に送られ、スクリューコンプレッサに注入される。第２油出口９８は、また、二次スクリューコンプレッサ２２の潤滑部品にも連通されていることから、二次スクリューコンプレッサにおける作動圧力が比較的高くなり、可動部品の潤滑状態および性能が相対的に厳しく求められることになる。第２油出口９８からの高品質な潤滑油はこのような要求に適合し得る。
（第２ステップ）
上部分離タンク９１内の適式の潤滑油がなくなったとき、第２油入口９４および第２油出口９８の電磁弁は、タイミングリレーを有するプログラム可能なロジック・コントローラに制御されて、第２油入口９４および第２油出口９８を開く。第２油入口９４が開かれた後、第１油出口６３から供給される少量の水分を含む油が上部分離タンク９１内に残存する適式の潤滑油と混合される。そして、上部分離タンク９１の全体が水分を含む油で満たされる。その一方で、電動ボール弁９５が開いて、上部分離タンク９１が下部分離タンク９２と連通するとともに、上部分離タンク９１内の水分を含む油が下部分離タンク９２に流入する。（この時の作動状況は、透明管９６で観察できる。）
（第３ステップ）
下部分離タンク９２内の水分を含む油が徐々に増加してくると、密度が高いことから水が下部に沈み、油は自然に水の表面に浮かび上がってくる。そして、水分を含まない適式の油は、電動ボール弁９５を介して上部分離タンク９１に送られ（この状態は透明管９６にて観察できる。）、また、第２油出口９８を通じて各潤滑部品に再び送られる。
（第４ステップ）
水位が徐々に上がって限界値に達したとき（油水界面検出器９７で読み取り、測定できる）、電動ボール弁９５は閉じられ、その一方で、下部分離タンク９２内の全ての水分を排出するように二次排水電磁弁９９が開けられる。
よりよい品質の潤滑油を共有することを目的として、二次油水分離器で分離された油に含まれる水分は、上述の各ステップに示すサイクルにて連続的に除去される。
時間、流量および二次排水の関係するパラメータと同様に、第２油入口、第２油出口、電動ボール弁の通流を正しく制御するため、第２油入口の電動弁および第２油出口の電動弁は、二次排水電磁弁および電動ボール弁と同様に、プログラム可能なロジック・コントローラによって制御される。これにより、二次油水分離器の機能が設計通りに維持される。
本発明において、上部分離タンクおよび下部分離タンクの組み合わせにおける構造設計は、単純かつ妥当な構造および製造やメンテナンスにおける大きなコスト削減はさておき、使用および設置にも便利な二次油水分離器に適合される。
本発明において、二段中圧スクリューエアコンプレッサ内の作動油の品質は正確にコントロールされ得る。また、潤滑油に含まれる不純物と同様に、スクリューコンプレッサを連続的・安定的かつ安全に作動させるための基本的な状態を形成するために、水は最大限除去され得る。
本発明において、モーター、一次スクリューコンプレッサ、二次スクリューコンプレッサ、気液分離器、第１フィルター、冷却器、および、二次油水分離器は、同じベース上に取り付けられており、コンパクトな構造、および床面積の低減を実現できる。
本発明によれば、長期間の使用における、高い運転信頼性、安全性、および長寿命を実現し得る。

Claims (8)

  1. モーター(1)に駆動される一次スクリューコンプレッサ(21)、
    前記モーター(1)に駆動される二次スクリューコンプレッサ(22)、
    側壁と、前記側壁に対して接線方向に接続された第１ガス−液入口(61)と、前記側壁の中央部分に接続された第１油出口(63)とを有しており、前記二次スクリューコンプレッサ(22)と前記第１ガス−液入口(61)を介して連通する気液分離器(6)、
    前記第１油出口(63)、第１フィルター(64)、冷却器(7)、および送油管(11)を通じて前記気液分離器(6)からの処理済み油を受け入れる複数の油分配器(12,13)、
    前記気液分離器(6)の前記第１油出口(63)に接続されているとともに、天面および底面を有する上部分離タンク(91)と、天面および底面を有する下部分離タンク(92)と、前記下部分離タンク(92)上に取り付けられた複数のブラケット(93)とを有しており、前記上部分離タンク(91)が前記複数のブラケット(93)の上に取り付けられている二次油水分離器(9)、
    前記上部分離タンク(91)の前記天面に接続されているとともに前記第１油出口(63)に接続されたおり、電磁弁を有する第２油入口(94)、
    前記上部分離タンク(91)の前記底面に接続されており、電磁弁を有する第２油出口(98)、
    前記上部分離タンク(91)を前記下部分離タンク(92)に接続させて両分離タンク(91,92)間を液体が通流可能にする電動ボール弁(95)、および
    前記下部分離タンク(92)の前記底面に接続された二次排水電磁弁(99)を備える二段中圧スクリューエアコンプレッサ。
  2. 前記二次油水分離器(9)を前記複数の油分配器(12,13)に接続するとともに、前記第２油出口(98)に接続される第２フィルター(66)をさらに備える請求項１に記載のスクリューエアコンプレッサ。
  3. 前記電動ボール弁(95)および前記上部分離タンク(91)の間に接続された透明管(96)をさらに有している請求項１に記載のスクリューエアコンプレッサ。
  4. 前記下部分離タンク(92)の前記天面に接続された油水界面検出器(97)をさらに有する請求項１に記載のスクリューエアコンプレッサ。
  5. 前記電動ボール弁(95)と同様に、前記第２油入口(94)の前記電磁弁、前記第２油出口(98)の前記電磁弁、および前記二次排水電磁弁(99)は、プログラム可能なロジック・コントローラによって制御されている請求項１に記載のスクリューエアコンプレッサ。
  6. 前記モーター(1)、前記一次スクリューコンプレッサ(21)、前記二次スクリューコンプレッサ(22)、前記気液分離器(6)、前記第１フィルター(64)、前記冷却器(7)、および前記二次油水分離器(9)は、それぞれベース(10)の上に取り付けられている請求項１に記載のスクリューエアコンプレッサ。
  7. モーター(1)に駆動される一次スクリューコンプレッサ(21)、
    前記モーター(1)に駆動されるとともに、吐出口を有する二次スクリューコンプレッサ(22)、
    天面と、前記天面に接続されたガス排出口(62)を有する側壁と、前記側壁に対して接線方向に接続された第１ガス−液入口(61)と、前記第１ガス−液入口(61)の下側で前記側壁に接続された第１油出口(63)とを有しており、前記二次スクリューコンプレッサ(22)の前記吐出口は前記第１ガス−液入口(61)に接続されているとともに、前記二次スクリューコンプレッサ(22)の前記吐出口によって前記二次スクリューコンプレッサ(22)に連通される気液分離器(6)、
    前記気液分離器に接続された第１油出口(63)、
    前記第１油出口(63)に接続された第１フィルター(64)、
    入口を有しており、前記第１フィルター(64)に接続された冷却器、
    送油管(11)を介して前記冷却器に接続された複数の油分配器、
    天面を有する上部分離タンク(91)と、天面および底面を有する下部分離タンク(92)とを有しており、前記上部分離タンク(91)はフレーム(93)によって前記下部分離タンク(92)から離間している二次油水分離器(9)、
    前記上部分離タンク(91)の前記天面に接続された電磁弁を有する第２油入口(94)、
    前記上部分離タンク(91)の前記底面に接続された電磁弁を有しており、前記第２油入口(94)が前記第１油出口(63) に接続されている一方で、前記送油管(11)に接続されている第２油出口(98)、
    前記上部分離タンク(91)を前記下部分離タンク(92)に接続して、両分離タンク間で液体を通流可能にする電動ボール弁(95)、および
    前記下部分離タンク(92)の前記底面に接続された二次排水電磁弁(99)を備える二段中圧スクリューエアコンプレッサ。
  8. 前記二次油水分離器(9)の前記第２油出口(98)は前記冷却器(7)の前記入口に接続されている請求項７に記載の二段中圧スクリューエアコンプレッサ。
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