JPS63500048A - 無給油回転ガス圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 無給油回転ガス圧縮機 本発明は高圧力比を有しかつ圧縮中のガスを冷却するため液体、好ましくは水を 内部に噴射する装置を備えた無給油回転ガス圧縮機に関するものである。

高圧力比とは本明細書において約４：１より大きい圧力比を意味している。

無給油ガス圧縮機は通常空気を大気圧から８ないし１２バールの範囲の圧力まで 圧縮するため使用される。

この種の公知の圧縮機において、がなりの量の水が、圧縮段階の最終温度を約５ ０℃に制限するため、約２０℃の流入温度の空気に噴射される。この温度上昇は １０：１またはそれ以上の、水対空気の質量比に相当するが、この比を１．４： 　１に制限することが知られている。単位時間当たり圧縮機内に噴射される水の 量は、もしそれが消尽されるならば、運転経費のがなりの部分を構成する。した がって、水は除去されそして冷却に続いて再循環され、また選択的に再調整され る。ま石灰の沈澱および酸化に対して保護する調整方式に関連する、水除去方式 はきわめて場所塞ぎであり、かつ耐蝕性材料から作られなければならない。この 方式は、水噴射式圧縮機に連結されるとき、高価なものとなる。

水噴射はまた圧縮機速度のいちじるしい低下を必要とし、したがって容量を低下 する。

相当する乾燥型単段圧縮機の場合には、出口温度は約３５０〜４００℃に達し、 各種の圧縮機部品に大きい温度勾配を、したがってそれらの間の過大な遊びおよ び低い効率をもたらす。これに打ち克つためには、ガスを２段階以上で圧縮し連 続した段階の間で冷却することが必要である。しかしながらこの解決法は、とく に冷却装置が全体としての大きさに含まれるとき、圧縮機を大型にする。

液体噴射式圧縮機および乾燥型圧縮機における利点および欠点は１９５１年、マ ツフグロー・ヒル社発行“メカニカル・エンジニャーズ・ハンドブック”に詳細 に記載されている。本書の第１８７９頁には、一方の小型のかつ高速の乾燥型圧 縮機と他方の液体噴射式圧縮機の有効な冷却効果との間の折衷案として考慮され た解決法が提案されている。この折衷解決案は高速単段圧縮機の入口に制限され た量の水を噴射することを含み、そこですべての水は圧縮工程中発生した熱によ って蒸発せしめられる。このことは出口温度を１００〜１５０”Ｃに制限すると ともに、温度勾配および遊゛びを減少して効率を乾燥式単段圧縮機に比較して相 当する程度に改善しうろことが分かった。しかしながら、効率は最初に記載した 水噴射式低速圧縮機の効率より低い。

しかして、前記ハンドブックによれば、無効区域が、単位時間に噴射される水の 量に関連して、すなわち単位時間当たり制限された量の噴射と同じくかなりの量 の噴射との間に、発見された。この結論は約２５年にわたって支配的であった。

本発明の目的は圧縮機に必要な全容量に対して液体噴射無給油回転ガス圧縮機を 改良することである。

前記ハンドブックに記載されたプラクティスに反して、この目的は本発明によれ ば、液体噴射装置を、供給ガスの重量に対する重量において、圧縮工程中波体の 完全な蒸発を達成するのに必要な量より大きいが、４倍より大きくない量だけ、 液体を噴射しうるように構成することによって達成される。

この改良の結果圧縮工程の最終段階において、蒸発しなかった水が圧縮機室の表 面に付着し、これらの表面は周囲より冷たくなり、そして実際の回転子自体の間 および圧縮機ハウジングと回転子との間の遊びを通る漏洩をシールするとともに 、圧縮機出口における水の量は僅かな動的損失しか生じない程に少なく、この水 は簡単な凝縮分離器の助けによって除去され、排水路に排出されるか或いは簡単 な再循環方式を通って再循環される。もしこのような方式が必要であれば、関連 した少量の水のためまた通常の水噴射方式の場合におけるよりも方式を清浄にす る必要が少ないため、その方式は簡単かつ安価な構造のものを設けるだけでよく 、補修の必要も当然かなり少なくなる。

本発明を添付図面を参照して一層詳細に説明するが、その中で、第１図は本発明 装置の実施例の略図；第２図は同装置の簡羊化された構造の図；第３図は噴射流 体量と供給ガス量との間の質量比の関数として得られた効率曲線を示す図である 。

第１図に略図的に示された装置は電動機１によって駆動されかつ流入管３および 流出管４を連結されたねじ圧縮機２を備えている。流出管４は冷却装置５および 凝縮液分離器６と関連している。導管７は分離器６に集′められた凝縮液をバッ ファ容器８に誘導し、そのバッファ容器８は容器８内の水位を一定に維持する装 置１１を備え、前記装置は水供給管９および水排出管１０に連結されている。管 １２は容器８の底部から圧縮機２の流入管３に設けられた噴射装置１３まで延長 している。管１２は関連した計量ポンプ１４を有する。

必要なとき、管１２を流れる水を調整する、主として循環水に形成される酸を中 和する、簡単な装置１５を前記管に連結することができる。

過剰な、非蒸発水はそれほどガスの冷却に貢献しない。それどころか決定的に蒸 発水の量を減少する。したがって冷却効果は実質的に不変であって、それは蒸発 した水の量によって決定される。過剰な水は周囲よりも低温の回転子表面に付着 し、実際の回転子自体の間のまたロータとローフハウジングとの間の遊びによっ て生した間隙をシールし、そこで与えられた質量比内の水の供給を増加するにつ れて効率を増大する。

ポンプ１４の調節は厳格な冷却変数ではない。圧縮機の圧力比および温度ならび に流入ガスの湿気含有量が知られた値であるとき、ポンプは流入管３における質 量流に従って制御することができる。さもなぐば、圧縮機流出管４におけるガス の温度、もしくは凝縮液分離器６から得られる単位時間当たりの凝縮液の量が、 同じ目的のため検出される。この後者の制御理論は、流入ガスの湿気含有量の変 化に係わらず、きわめて精密な結果をもたらす。通常の運転条件において、圧縮 機流入管３内の圧力は約１００ｋＰａである。微細に分散された水が管１２から 管３内に流入する流量に従って単位時間当たり流量で噴射される。

圧縮機内に噴射される水の一部は圧縮機２内におけるガスの圧縮中に蒸発して温 度を上昇し、ガスは水蒸気によって飽和するに至る。この水は流入したガスが随 伴する分を加えると最大で蒸発した水の量の約４倍に達するが、残った水は液体 の状態で圧縮機を通過しそれによって実際のロータ自体の間およびロータとロー タハウジンクとの間の遊びによって形成された間隙をシールする。

水蒸気は冷却器５を通る間に流出管内において凝縮し、凝縮液は分離器６に集め られ、そこからバッファ容器８に流下する。最初、容器８は所要の水位に達する まで装置１１により管９からの水によって充填され、その水位は、水を管９から 供給し水を排出管１０を通して排出することによる、公知の方法で一定に保たれ 、る。

圧１１機内に噴射される水の量が低い制限値の範囲内にある値に限定されるとき 、消尽される水の量は凝縮液分離器６からの凝縮水を回収しかつ再循環するのに かかる経費が木本管からの相当する量の水にかかる経費より大きくなる程に少な い。第２図は第１図に示す装置の変型である。装置の該変型において水は木本管 ３２から弁３１を介して圧縮機内に噴射され、凝縮水は分離器６から排出管１０ に誘導される。

第３図はそれぞれ通常の低周速度で駆動される液体浸漬型圧縮機（曲線上）、高 周速度で駆動される乾燥型圧縮機（曲線上）に関する効率曲線を示す。両曲線は 噴射液体の量と供給ガスの量との間の質量比の関数としての効率ηを示す。

曲線上に従う圧縮機の場合、効率の水準は圧縮機内に噴射される水の温度にいち じるしく依存する。（これは、圧縮機内に噴射されたとき水の容積の割合がいち じるしく増加することによるものである。）曲線上から、高効率が単位時間当た り多量の液体、すなわち約１．５：１以上の、液体を噴射するとき得られること が分かる。曲線上に従う圧縮機の場合効率の水準は、成る限度内では、噴射され た水の温度に無関係である。

水が乾燥した圧縮機内に噴射されるとき、圧縮機の効率は、液体が蒸発してその 結果前記のように冷却を、改善する程に低い質量比に対して、また通常のように 液体の浸漬に対して低く、前者は回転子の周速度が乾燥運転に適しているため期 待されるに過ぎない。従来観察されなかったことは、その間には冷却の改善が得 られない、曲線−ｂ−の中間部分が、通常の液体浸漬型圧縮機の効率と対抗しう るビーク値を示すことであり、それにより効率曲線上によって示された圧縮機が ２倍ないし５倍大きい周速度で運転することにより一層大きい容量を有すること が認識されなければならない。

液体対ガスの質量比に対するガイドラインは水の完全な蒸発に対して１；２０で あり、室温の乾燥空気と断熱圧縮仕事の、圧力比は８：１である。効率増加をも たらす、噴射水の量は質量比ｌ：４に達することができ、本発明の装置はその簡 の値に対して運転される。一層大きい質量比において比較的高い効率が得られる けれども、この増加は循環液体を再循環および再調整する装置の経費の増加によ って得られ、そのことが一層大きい質量比を魅力の少ないものとする。

金属性回転子の表面に沿う熱の軸方向伝達を減少するため、回転子を断熱層によ り、例えば回転子表面を酸化することによりまたは回転子表面をポリマ材料の層 によって被覆することにより、被覆するのが好ましい。表面層はまた、水のシー ル機能を改善するため、水が最大限可能なまで回転子表面に付着するように、で きるだけ親水性のものとすることが好ましい。水をその圧縮機の入口付近で内部 に噴射することは必要ではないが、その代り、またはそれに加えて、それ自体公 知の圧縮機ハウジングに形成された孔を通して噴射することができる。

国際調を報告 い１０．１．ｌ、。ｎｏｌ　Ａｏｓ＋：。５．。、。ＰＣＴ／ＳＥ８６１００２ ７２

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．高圧力比を有しかつ圧縮中のガスを冷却するため蒸発可能な液体、好ましく は水を内部に噴射する装置（１３）を備えた無給油回転ガス圧縮機において、液 体噴射装置（１３）が液体を供給ガスの重量に対する重量においてガスの圧縮中 液体の完全な蒸発に必要な量より大きいが約４倍より大きくない量だけ噴射する ように構成されたことを特徴とする、無給油回転ガス圧縮機。
2. ２．圧縮機（２）の出口側から延長する圧力管が凝縮液分離器（６）に関連する こと；噴射液体の量が凝縮液分離器によつて圧縮ガスからの凝縮液を含むすべて の液体の除去を許す値に限定されることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載 の装置。
3. ３．凝縮液分離器（６）が、内部の液体の量を一定の水準に維持する装置（１１ ）を有するバッファ容器（８）および液体供給管を介して、単位時間当たりガス 圧縮機（２）に供給される液体の量を調節するためガス圧縮機の入口側に連結さ れた調節器（１４）に連通することを特徴とする、請求の範囲第２項に記載の装 置。
4. ４．供給ガスの重量に関連して圧縮機内に噴射される液体の重量が１：２０より 大きく、しかし最大１：４であることを特徴とする、請求の範囲第１項ないし第 ３項のいずれかに記載の装置。
5. ５．ガス圧縮機（２）が単段ねじ回転子圧縮機でありかつ相当する乾燥式２段圧 縮機の第１段と同じ周速度および大きさを有することを特徴とする、請求の範囲 第１項ないし第４項のいずれかに記載の装置。