JPH06288368A - オイルフリースクリュー圧縮機 - Google Patents

オイルフリースクリュー圧縮機

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JPH06288368A
JPH06288368A JP7926593A JP7926593A JPH06288368A JP H06288368 A JPH06288368 A JP H06288368A JP 7926593 A JP7926593 A JP 7926593A JP 7926593 A JP7926593 A JP 7926593A JP H06288368 A JPH06288368 A JP H06288368A
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pressure stage
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英智 茂利
Riichi Uchida
利一 内田
Masakazu Aoki
優和 青木
Junji Okita
純二 沖田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】圧縮機の動力を最小とする中間圧力を提供す
る。 【構成】高圧段圧縮機の圧力比π2と低圧段圧縮機の圧
力比π1との比Rπを、ほぼ0.6 とした。更に、空冷
方式の空気冷却器を有する二段圧縮式のオイルフリース
クリュー空気圧縮機において、吐出圧力が7kg/cm2(ga
uge)での中間圧力を、ほぼ2.6kg/cm2(gauge)とし
た。 【効果】ほぼ最小の動力で運転できるので、高性能なオ
イルフリースクリュー圧縮機を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は空冷方式のガス冷却器を
有する二段圧縮式のオイルフリースクリュー圧縮機に係
り、特に、圧縮機の動力を最小とする高圧段圧縮機の圧
力比π2と低圧段圧縮機の圧力比π1との圧力比の比R
πに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の二段圧縮式のオイルフリースクリ
ュー圧縮機の最適なRπ(=π2/π1)は、工業熱力
学 基礎編(谷下市松著、裳華房昭和44年発行)など
に記載されている値を採用していた。すなわち、π1=
π2=√πd,Rπ=1.0である。ここに、πd は圧縮
機の圧力比である。吐出圧力Pdが7kg/cm2(gauge)で
大気吸込の二段空気圧縮機ではπ1=π2=2.8とな
り、中間圧力Pi は1.8kg/cm2(gauge)程度の値とな
る。実際の機械の中間圧力はこの値よりやや高く1.9
〜2.0kg/cm2(gauge)程度の値である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は理想化
された二段圧縮機について求められたもので、低圧段圧
縮機と高圧段圧縮機の効率が異なったり、吸込温度が異
なる場合には最適値でなくなるという問題点がある。オ
イルフリースクリュー圧縮機では高圧段圧縮機のロータ
径は、後述するように低圧段圧縮機のロータ径の60%
程度の大きさである。雌,雄ロータ間あるいは両ロータ
とケーシング間のすきまとロータ径との比は、加工精度
との関係で高圧段圧縮機の方が大きくなり、従って、ガ
スの内部漏洩も多くなり、効率も高圧段圧縮機の方が悪
くなる。また、特開平1−310189 号に記載のような空冷
式のガス冷却器を有するオイルフリースクリュー圧縮機
では、低圧段圧縮機の吸込温度はほぼ大気温度である
が、高圧段圧縮機の吸込温度は大気温度より10〜20
℃高くなる。
【0004】本発明の目的は、低圧段圧縮機と高圧段圧
縮機の効率が異なったり、吸込温度が異なる場合にも圧
縮機の動力を最小とする高圧段圧縮機の圧力比π2と低
圧段圧縮機の圧力比π1との圧力比の比Rπを提供する
ことにある。
【0005】本発明の他の目的は、空冷方式の空気冷却
器を有する二段圧縮式のオイルフリースクリュー空気圧
縮機において、圧縮機の動力を最小とする圧力比の比R
πを提供することにある。
【0006】更に、本発明の他の目的は、空冷方式の空
気冷却器を有する二段圧縮式のオイルフリースクリュー
空気圧縮機において、吐出圧力が7kg/cm2(gauge)での
圧縮機の動力を最小とする中間圧力を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、空冷方式のガス冷却器を有する二段圧縮式のオイル
フリースクリュー圧縮機において、高圧段圧縮機の圧力
比π2と低圧段圧縮機の圧力比π1との比Rπを、ほぼ
次式で表わされる値とした。
【0008】
【数2】
【0009】更に、他の目的を達成するため、空冷方式
の空気冷却器を有する二段圧縮式のオイルフリースクリ
ュー空気圧縮機において、高圧段圧縮機の圧力比π2と
低圧段圧縮機の圧力比π1との比Rπを、ほぼ0.6 と
した。
【0010】更に、他の目的を達成するため、空冷方式
の空気冷却器を有する二段圧縮式のオイルフリースクリ
ュー空気圧縮機において、吐出圧力が7kg/cm2(gauge)
での中間圧力を、ほぼ2.6kg/cm2(gauge)とした。
【0011】
【作用】本発明は、上記の如く構成したので、高圧段圧
縮機動力と低圧段圧縮機動力の和としての圧縮機動力を
ほぼ最小にした状態のオイルフリースクリュー圧縮機を
実現できる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1を参照して説
明する。
【0013】図において、1は低圧段圧縮機、2は高圧
段圧縮機、3は増速機、4はモータである。低圧段圧縮
機1,高圧段圧縮機2およびモータ4はそれぞれ増速機
3にフランジ止めされている。低圧段圧縮機1には雄ロ
ータ6と雌ロータ7が収納されており、雌ロータ7は両
ロータの軸端のタイミングギヤ9,10により駆動され
る。また、高圧段圧縮機2には雄ロータ11と雌ロータ
12が収納されており、雌ロータ12は軸端のタイミン
グギヤ14,15により駆動される。低圧段圧縮機1の
雄ロータ6の駆動軸に固着されたピニオン8と、高圧段
圧縮機2の雄ロータ11の駆動軸に固着されたピニオン
13とはモータの出力軸に固着されたブルギヤ5と噛み
合っている。低圧段圧縮機1の吸込通路16は吸込閉塞
弁17,吸込フィルタ18を介して圧縮空気取り入れ口
19に通じている。
【0014】低圧段圧縮機1の空気出口は配管20を介
して空冷方式の中間冷却器21の入口に連通しており、
中間冷却器21の出口は高圧段圧縮機2の空気入口に配
管22を介して連通している。高圧段圧縮機2の空気出
口は配管23を介して後置冷却器24の入口に連通して
おり、後置冷却器24の出口は配管25を介して機外に
供される。
【0015】空冷方式のクーラント冷却器30で冷却さ
れたクーラントはクーラントポンプ31によって昇圧さ
れ、低圧段圧縮機1のジャケット33,高圧段圧縮機2
のジャケット34を流れ、配管35を通ってクーラント
冷却器30に戻る。
【0016】38は油冷却器で、圧縮機の軸受や各部の
ギヤを潤滑する潤滑油の冷却器である。ファン39は冷
却空気取り入れ口40より冷却空気を吸込、パッケージ
50内を冷却した後、ラジエタ方式の、一列に配置され
た冷却器21,30,38および24を空気により冷却
した後空気出口41より放出する。モータ4の出力軸に
取り付けられたファン42は空気取り入れ口43より冷
却空気を吸込、モータ4の内部を冷却した後、空気出口
44より放出する。圧縮機は防音カバーを兼ねたパッケ
ージ50により囲われている。
【0017】本実施例における圧縮機の吐出圧力はほぼ
7kg/cm2(gauge)であり、中間圧力は2.6kg/cm2(gau
ge)であり、従って、高圧段圧縮機の圧力比π2は約2.
2であり、低圧段圧縮機の圧力比π1は3.6である。
これより、Rπは約0.6となる。
【0018】次に、本発明に係るオイルフリースクリュ
ー圧縮機において、圧力比が最適である理由について、
理論的に説明する。説明のため、表1のように記号を定
める。
【0019】
【表1】
【0020】簡単のために、配管や冷却器における圧力
損失や圧縮機外へのガス漏れを無視する。表1の記号を
用いると、次の各式が成り立つ。
【0021】
【数3】
【0022】すなわち、
【0023】
【数4】
【0024】次に、Rtadの概略値を求め、Rπを概算す
る。
【0025】相似な構造をした高圧段圧縮機と低圧段圧
縮機が、ほぼ同一の圧力比とマッハ数(ロータ周速/音
速)で運転されていると仮定する。
【0026】仮定により、
【0027】
【数5】
【0028】また、Qs2/Qs1=Rts/√πdであ
る。
【0029】πd=8,Rts/(ηv2/ηv1)=0.9と
すると、D2/D1≒0.63となる。
【0030】すなわち、高圧段圧縮機のロータ径は低圧
段圧縮機のロータ径の60%程度の値となる。また、図
1のような空冷方式の冷却器を有するオイルフリースク
リュー圧縮機の動力は、最大130kW程度で、ロータ
径は最大130mm程度である。従って、高圧段圧縮機お
よび低圧段圧縮機に使用されるロータ径の範囲は55〜
130mm程度である。
【0031】内部漏れをql,理論吸込量をQthとする
と、1−ηvはql/Qth に比例する。また、圧縮機内
部漏れすきまをεとしロータ径をDとすると、qlはε
×Dに比例する。従って、高圧段圧縮機および低圧段圧
縮機の内部漏れすきまをε2,ε1とすると、次の式が
成り立つ。
【0032】
【数6】
【0033】ε/Dの値は一定ではなく、Dが小さくな
ると、大きくなる。機械工学便覧のISO交差方式によ
る基本公差と基準寸法との関係に習うと、
【0034】
【数7】
【0035】ηv1の値として、ロータ径の範囲で予測
される0.75〜0.90 の値をいれて、ηv2およびη
v2/ηv1を計算すると、表2の様になる。
【0036】
【表2】
【0037】ηv1が0.75〜0.90に0.15変わっ
ても、ηv2/ηv1は0.88〜0.96に0.08しか
変わらない。
【0038】ηv2/ηv1≒0.92±0.04 と考えられる。
【0039】図1に示したようなオイルフリースクリュ
ー圧縮機には、軸受として損失の少ないころがり軸受が
用いられており、圧縮機の機械損失はほぼ軸受損失とギ
ヤ損失で決まる。ここでは、簡単の為に高圧段圧縮機の
機械効率ηm2と低圧段圧縮機の機械効率ηm1とは等し
いとする。
【0040】高圧段圧縮機と低圧段圧縮機は、ほぼ同一
の圧力比とマッハ数で回転しているので内部漏れに起因
する損失以外の流体損失は同等であると考えられ、ま
た、ηm2/ηm1はほぼ1.0であることより、 ηtad2/ηtad1≒ηv2/ηv1≒0.92±0.04 と考えることができる。
【0041】以上より、Rtad=0.92±0.04と評
価される。
【0042】また、図1のような空冷式のガス冷却器を
有するオイルフリースクリュー圧縮機では、低圧段圧縮
機の吸込温度はほぼ大気温度であるが、高圧段圧縮機の
吸込温度は大気温度より10〜20℃高くなることよ
り、Rts=Ts2/Ts1の値は、 Rts≒1.05±0.02 となる。
【0043】従って、 Rπ≒0.64±0.14 本実施例の吐出圧力7kg/cm2(gauge)の場合、π1≒
3.6となり、中間圧力はほぼ2.6kg/cm2(gauge)とな
る。
【0044】すなわち、効率の良い低圧段圧縮機の圧力
比を高くして軸動力を大きくし、効率の悪い高圧段圧縮
機の圧力比を低くして軸動力を小さくすることにより、
圧縮機としての動力が小さく抑えられる。
【0045】以上はπ1とπ2が等しく、同一のマッハ
数で運転されている低圧段圧縮機と高圧段圧縮機につい
て求めたものであるが、得られた結果はπ1が20%ほ
ど高く、π2が20%ほど低くなっている。
【0046】しかし、この程度の圧力比の変化では、η
tad2/ηtad1の値に大きな変化は起こらないと考えら
れる。従って、第一の近似としてRπ≒0.6は吐出圧
力Pdが5〜9kg/cm2(gauge)程度の二段圧縮式のオイ
ルフリースクリュー圧縮機にも適用可能と考えられる。
【0047】以上、示した理由により、本実施例の圧縮
機はほぼ最小の動力で運転されていることがわかる。
【0048】
【発明の効果】本発明のオイルフリースクリュー圧縮機
はほぼ最小の動力で運転できるので、高性能なオイルフ
リースクリュー圧縮機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のオイルフリースクリュー圧
縮機の系統図。
【符号の説明】
1…低圧段圧縮機、2…高圧段圧縮機、3…増速機、4
…モータ、21…空冷方式中間冷却器、24…空冷方式
後置冷却器、30…空冷方式クーラント冷却器、39…
ファン、20,22,23,35…配管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沖田 純二 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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】空冷方式のガス冷却器を有する二段圧縮式
    のオイルフリースクリュー圧縮機において、高圧段圧縮
    機の圧力比π2と低圧段圧縮機の圧力比π1との比Rπ
    が、ほぼ次式で表わされることを特徴とするオイルフリ
    ースクリュー圧縮機。 【数1】
JP07926593A 1993-04-06 1993-04-06 オイルフリースクリュー圧縮機 Expired - Lifetime JP3266973B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010038408A (ja) * 2008-08-01 2010-02-18 Mitsubishi Electric Corp 室外熱交換器及びこれを搭載した冷凍サイクル装置
CN103967791A (zh) * 2014-05-23 2014-08-06 英诺伟特(昆山)能源机械有限公司 一体式螺杆中压空气压缩机
JP2016089665A (ja) * 2014-10-31 2016-05-23 株式会社Ihi パッケージ形水潤滑式スクリュ圧縮機

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CN103967791B (zh) * 2014-05-23 2016-01-20 英诺伟特(昆山)能源机械有限公司 一体式螺杆中压空气压缩机
JP2016089665A (ja) * 2014-10-31 2016-05-23 株式会社Ihi パッケージ形水潤滑式スクリュ圧縮機

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