KR100350036B1 - 오일 프리 스크류 압축기 - Google Patents

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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

오일프리스크류 압축기는 압축기본체와 고속모터를 등속비의 구동측 기어 및 피구동측 기어를 거쳐 직결한다. 고속모터측의 베어링은 압축기본체측의 베어링과 각각 같은 크기의 것을 사용한다. 모터축의 양쪽 끝부에 설치되는 비스코시일에는 수로우터 및 암로우터의 양쪽 끝부에 설치되는 비스코시일과 같은 것을 사용하고 있다. 고속모터는 고주파형 인버터에 의하여 구동된다. 전동기측과 압축기본체측을 등속기어부를 중심으로 한 유사대칭인 회전축구조로 되어 있다.
이 오일프리스크류 압축기에서는 전동기의 출력을 증속하는 증속장치 및 흡입 드로틀밸브가 불필요하다. 그리고 압축기본체측의 부품과 전동기측의 부품을 공통화하고 있어 구조가 간소화된다.

Description

오일프리스크류 압축기{OIL FREE SCREW COMPRESSOR}
본 발명은 한 쌍의 스크류로우터를 비접촉으로 동기회전시키는 오일프리스크류 압축기에 관한 것으로, 특히 고속모터로 구동하는 데 적합한 오일프리스크류 압축기에 관한 것이다.
종래의 오일프리스크류 압축기는 예를 들어 일본국 특개평6-346881호 공보에 기재된 바와 같이 벨트 및 기어를 사용하여 전동기의 회전속도를 증속하여 스크류압축기 본체를 회전하고 있었다. 또한 일본국 특개평3-151592호 공보에는 스크류톱니형이 형성된 로우터축에 케이싱내에 증가측 기어가 수납된 증가측 기어장치를커플링을 거쳐 접속하는 예가 기재되어 있다.
또한 스크류압축기에서는 로드, 언로드 등의 운전제어에 더하여 수요원의 소비요구에 따라 흡입하여 드로틀밸브의 개폐를 제어하는 용량제어가 실시되어 있다. 이 용량제어의 예로서 일본국 특개소59-93989호 공보에는 압축기 자체의 압력으로 동작하는 에어실린더의 선단에 흡입 드로틀밸브의 밸브판을 설치하여 이 밸브판을 이동시킴으로서 흡입공기량을 2단계로 조정하고 있다.
그런데 상기 일본국 특개평6-346881호 공보에 기재된 압축기는, 증속기어를 수납하는 기어케이스 외에, 증속기어를 회전지지하는 베어링, 증속기어를 설치하는 회전축, 증속한 동력을 전달하기 위한 벨트나 풀리 등, 수많은 부품이 필요하게 되어 압축기의 고비용의 한 원인으로 되어 있다. 또 이 압축기에서는 스크류로우터를 구동하는 전동기도 대형화하고 있고 전동기를 고정하는 가대(架臺)를 포함하여 압축기유닛전체의 소형화의 점에서 불충분하였다.
또 일본국 특개평3-151592호 공보에 기재된 압축기에서는 벨트로 증속하고 있지 않으므로 증속기어에 있어서의 증속비가 커져 증속기어를 수납하는 기어케이스가 대형화하고 있다. 그리고 범용압축기로서 시리즈화할 때에는 여러가지의 압축기본체와 증속기어장치와의 조합이 필요하여 상품의 다양성의 점으로부터도 고비용의 요인으로 되어 있었다.
또한 일본국 특개소59-93989호 공보에 기재된 압축기에서는 라인압이 변동할 때마다 흡입드로틀밸브의 조작공기를 에어실린더에 공급하기 때문에 에어실린더에 삼방전자밸브를 접속하고, 이 삼방전자밸브에 의하여 에어실린더의 조작공기의 공급구멍을 전환하고 있다. 이와 같이 삼방전자밸브를 구비할 필요가 있어 고가로 됨과 동시에 유량제어계의 구성이 복잡하게 되어 있다. 또 기동시의 언로드를 해제하기 위하여 삼방전자밸브를 복수개 필요로 하여 용량제어장치의 구조가 복잡하게 된다. 이상의 어느 압축기에 있어서도 압축기를 소형화하는 것에 관하여 어느정도의 고려는 되어 있으나, 더 한층의 소형화가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상기 종래기술의 단점을 감안하여 이루어진 것으로, 압축기유닛의 구조를 간소화하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은 소형화하여 설치자유도가 큰 압축기유닛을 실현하는 데 있다. 본 발명 또 다른 목적은 비용을 저감한 저렴한 압축기유닛을 실현하는 데 있다. 본 발명 또 다른 목적은 압축기본체측의 구성부품과 전동기측의 구성부품을 공통화하여 신뢰성이 높은 압축기유닛을 실현하는 데 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 관한 오일프리스크류 압축기의 일 실시예를 나타내는 도로서,
도 1은 그 평면종단면도,
도 2는 정면종단면도,
도 3은 도 1의 부하측 베어링부 근방의 상세종단면도,
도 4는 도 1의 반부하측 베어링부 근방의 상세종단면도,
도 5는 본 발명에 관한 오일프리스크류 압축기의 다른 실시예의 평면종단면도,
도 6은 본 발명에 관한 오일프리스크류 압축기를 패키지화하였을 때의 정면도,
도 7은 도 6의 측면도로서 일부를 단면으로 나타낸 도,
도 8은 본 발명에 관한 오일프리스크류 압축기의 압축공기의 계통도이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 오일프리스크류 압축기는, 모터로우터가 설치된 모터축과, 모터로우터에 대향하여 배치된 모터스테이터를 유지하는 모터케이싱과 나사형상의 수톱니형으로 형성된 수로우터와, 나사형상의 암톱니형으로 형성된 암로우터와, 이들 수로우터와 암로우터를 수납하는 케이싱을 구비한다. 그리고 제 1 특징은 모터의 회전속도와 수로우터 또는 암로우터의 적어도 어느 하나의 회전 속도를 같게 한 것이다.
여기서 수로우터와 암로우터중 어느 하나에 형성된 회전축과 모터축은 일체의 회전축이어도 된다. 또 수로우터 또는 암로우터중 어느 한 축의 한쪽끝측에 제 1 기어를, 모터축의 한쪽끝측에 이 제 1 기어와 맞물리는 제 2 기어를 설치하고, 이 제 1 기어와 제 2 기어의 기어의 톱니수비를 실질적으로 1 : 1로 하여도 된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 특징은 고주파전동기의 회전속도와 수로우터 또는 암로우터의 적어도 어느 하나의 회전속도를 동일하게 한 것이다.
그리고 바람직하게는 수로우터 또는 암로우터의 어느 한 축의 한쪽끝측에 제 1 기어를, 고주파전동기의 한쪽끝측에 이 제 1 기어에 맞물리는 제 2 기어를 설치하여 이 제 1 기어와 제 2 기어의 기어의 톱니수비를 1 : 1로 하는 것이다. 또 바람직하게는 수로우터 및 암로우터를 회전지지하는 롤러베어링을 각 로우터에 설치하고, 이 롤러베어링과 같은 크기의 롤러베어링을 고주파전동기에 설치하는 것이다. 더욱 바람직하게는 수로우터 및 암로우터를 지지하는 롤러베어링에 급유하는 윤활유를 시일하는 하는 나사시일을 상기 각 로우터에 설치함과 동시에, 고주파전동기에 설치한 롤러베어링에 급유하는 윤활유를 시일하는 나사시일을 설치하고 이들 각 나사시일의 크기를 동일하게 한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 특징은 고주파 인버터로 구동되는 고속모터를 압축기본체의 흡입측에 접속하고, 고속모터는 모터로우터가 형성된 모터축과 이 모터축을 회전지지하는 제 3 베어링과, 이 제 3 베어링을 윤활하는 윤활유의 고속모터 내부에 대한 침입을 방지하는 제 2 축밀봉장치를 가지고, 제 1, 제 2 및 제 3 베어링을 서로 동일한 것으로 하고, 제 1 축밀봉장치와 제 2 축밀봉장치를 동일한 것으로 한 것이다.
로우터의 축단에 제 1 기어를, 고속모터의 부하측 축단에 이 제 1 기어와 맞물리는 제 2 기어를 끼워 맞추고, 이 제 1 기어와 제 2 기어의 톱니수비가 2 : 1 내지 1 : 2의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또 압축기본체가 구비하는 수로우터의 축단을 고속모터의 부하측의 축단에 커플링 또는 스플라인으로 직결하는 것이 바람직하다. 또한 수로우터를 지지하여 이 로우터의 양쪽 끝부에 위치하는 베어링과, 이 베어링의 한쪽과 수로우터의 톱니홈부와의 사이에 위치하여 수로우터에 끼워맞춘 모터로우터와, 이 모터로우터에 대향한 모터스테이터와, 이 모터스테이터를 유지하는 모터케이싱을 설치하고, 이 모터케이싱을 케이싱의 흡입측과 결합하는 것이 바람직하다.
또 바람직하게는 압축기본체와 고속모터를 일체화하여 압축기본체로 압축된 압축공기를 냉각하는 애프터쿨러와 프리쿨러와 윤활유를 냉각하는 오일쿨러를 수납하는 공통가대를 설치하고, 이 공통가대의 위쪽에 일체화된 압축기본체와 고속모터를 배치하는 것이다. 또한 압축기본체의 하류측에 이 압축기본체로 압축된 작동공기를 냉각하는 공기냉각기를, 이 공기냉각기의 더욱 하류에 체크밸브를, 이 체크밸브의 상류측으로부터 분기되어 폐기쿨러와 폐기밸브를 가지는 폐기관로를 각각 설치하고, 또한 상기 압축기본체의 기동시 및 무부하운전시에는 폐기밸브를 폐쇄, 부하운전시에는 폐기밸브를 개방으로 하는 폐기밸브의 제어장치를 설치하여도 된다.
본 발명의 일 실시예를 도 1 내지 도 4를 사용하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 고속모터로 구동하는 오일프리스크류 압축기의 평면도를 단면으로 나타낸 도, 도 2는 정면도를 단면으로 나타낸 도, 도 3 및 도 4는 모터축의 지지부의 상세를 나타내는 종단면도이다. 압축기본체(1)는 서로 맞물리는 한 쌍의 수로우터 (2)와 암로우터의 톱니 홈부가 케이싱(4)에 구동측이 흡입측 케이싱(5)에 각각 수납되어 있다. 그리고 수로우터(2)및 암로우터(3)는 윤활유가 강제윤활되는 흡입측베어링(6) 및 토출측 베어링(7)에 의하여 회전가능하게 지지되어 있다. 또한 흡입측 베어링(6)에는 원통 롤러베어링, 토출측 베어링(7)에는 원통 롤러베어링과 조합하여 앵귤러볼베어링을 사용하고 있다.
수로우터(2) 및 암로우터(3)의 토출측 축단에는 한 쌍의 타이밍기어(8, 9)가 끼워 맞춰져 있고, 수로우터(2)와 암로우터(3)의 톱니 홈부를 동기회전시킨다. 흡입측 베어링(6) 및 토출측 베어링(7)과 수로우터(2) 및 암로우터(3)의 톱니 홈부와의 사이에는 축밀봉장치가 설치된다. 이 축밀봉장치는 수로우터(2) 및 암로우터(3)의 톱니 홈부와 케이싱(4)으로 형성되는 압축실로부터 공기가 새는 것을 최대로 저감하는 에어시일(air seal)(10)과, 베어링부에 공급한 윤활유가 압축실로 침입하는 것을 방지하는 비스코시일(viscous seal)이라고 불리는 나사시일(screw seal)(11)을 구비하고 있다.
케이싱의 (4)의 바깥 둘레부에는 냉각재킷(12)이 설치되어 있어 냉각수 또는 냉각제 등의 액냉매가 공급된다. 압축기본체(1)의 내부에서 발생한 열의 일부는 공급된 냉각수 또는 액냉매와 열교환하고 승온하여 외부로 배출된다.
고속모터(21)는 중앙부에 로우터코어(26)가 설치된 모터축(25)과, 이 모터축의 양쪽 끝부 근방을 회전가능하게 지지하는 부하측 베어링(29) 및 반부하측 베어링(30)을 구비하고 있다. 또 로우터코어(26)에 대향하여 스테이터코일(28)이 권회된 스테이터코어(27)가 모터케이싱(23)에 유지되어 있다. 모터축(25)을 지지하는 부하측 베어링(29)을 유지하여 모터케이싱(23)과 함께 케이싱을 구성하는 부하측 베어링커버(22)가 부하측 축단부에 설치된다. 마찬가지로 모터축(25)을 지지하는 반부하측 베어링(30)을 유지하여 모터케이싱(23)과 함께 케이싱을 구성하는 반부하측 베어링커버(24)가 반부하측 축단부에 설치된다. 또한 반부하측 베어링커버(24)에는 스테이터코일(28)의 리드와이어(31)를 인출하기 위한 도시 생략한 출구부가 형성되어 있다.
부하측 베어링(29)에서는 래디얼하중을 부담하는 원통 롤러베어링을, 반부하측 베어링(30)에서는 래디얼하중 및 스러스트하중의 쌍방을 부담할 수 있는 조합 앵귤러볼베어링을 사용한다. 이들 각 베어링의 크기를 예를 들어 압축기본체측과 동일하게 하고 있다. 또 부하측 베어링(29) 및 반부하측 베어링(30)을 바깥 둘레면에서 커버(22, 24)와 끼워 맞춘 후, 베어링탭(32, 33)으로 고정하고 있다. 이 베어링탭(32, 33)에는 급유구멍(34, 35)이 형성되어 있다.
부하측 베어링(29)과 로우터코어(26)사이 및 반부하측 베어링(30)과 로우터코어(26)사이에는 스테이터코일측으로 윤활유가 침입하는 것을 방지하는 축밀봉장치가 설치된다. 이 축밀봉장치는 도 3 및 도 4에 상세하게 도시한 바와 같이 비스코시일(41, 42)과, 이 비스코시일(41, 42)을 압압하는 웨이브스프링(44)과, 리테이닝링(45)을 거쳐 비스코시일(41, 42)을 커버(22, 24)에 유지하는 시일탭(43)을 구비하고 있다. 비스코시일(41, 42)은 안지름쪽이 모터축(25)과의 사이에서 미소한 간극을 가지고 있다. 또한 이 비스코시일(41, 42)의 안지름쪽에는 각진 나사형상의 홈부를 가지는 나사시일이 형성되어 있다. 또 모터케이싱(23)의 바깥 둘레부에는 고속모터에서 발생하는 열을 방열하기 위하여 모터측 냉각재킷(47)이 설치되어 있으며, 이 냉각재킷에는 냉각수 또는 냉각제 등의 액냉매가 공급된다.
부하측 베어링커버(22)의 압축기본체측의 단부에는 모터측플랜지(46)가 형성되어 있고, 케이싱(4)에 형성한 플랜지(16)와 볼트로 결합되어 있다. 모터축(25)의 부하측 축단에는 구동측기어(19)가 끼워 맞춰져 있고, 수로우터(2)의 흡입측 축단에는 피구동측 기어(18)가 끼워 맞춰져 있다. 이들 양기어(18, 19)의 톱니수는 동일하며, 증속비는 1 이다. 고속모터의 리드와이어(31)는 고주파 인버터(20)에 접속되어 있다.
고주파 인버터(20)로 통전하면, 고속모터(21)측에 전력이 공급된다. 그 결과 모터축(25)에 발생한 회전력이 한 쌍의 기어(18, 19)를 거쳐 수로우터(2)에 전달되어지고 각 로우터의 로우터톱니 홈부의 맞물림에 의하여 공기가 압축된다.
윤활유는 도시 생략한 오일 펌프로부터 급유노즐(36, 37)을 경유하여 급유구멍(34, 35)으로 유도되어 급유구멍(34, 35)으로부터 베어링내부로 젯트분사된다.베어링을 윤활 및 냉각한 윤활유는 배유구멍(38, 39)으로부터 기기밖으로 배출되어 최종적으로 오일고임장치로 회수된다. 윤활유는 베어링을 윤활할 때 베어링내륜과 외륜의 사이를 통과한다. 그 후, 베어링으로부터 배출된 윤활유는 비스코시일(41, 42)로 유입되나, 모터축(25)이 회전하면 비스코시일 안지름쪽의 홈부에 압력이 발생하여 윤활유를 각각의 베어링측으로 복귀시킨다. 그 결과 모터코일(28)쪽에 오일이 침입하는 것을 방지할 수 있다.
고속모터(21)내의 스테이터코어(27) 및 스테이터코일(28)은 철손실이나 구리손실 등의 전기적인 손실에 의하여 발열한다. 이 발열에 의하여 온도상승한 모터(21)와, 모터케이싱(23)에 설치한 냉각재킷(47)에 냉각수 등의 액냉매 등을 열교환시킴으로써 모터(21)를 냉각할 수 있다.
오일프리스크류 압축기는, 단단식(單段式)으로 출력 55kW 클래스, 토출압력 7kgf/cm2의 경우에는, 수로우터 지름이 약 90mm, 회전수가 약 20000rpm 이 된다. 그리고 구동기어와 피구동기어와의 기어비를 1 : 1 로 하고 고속모터의 극수가 2극이면 고주파 인버터의 설정주파수는 약 330Hz 로 된다.
그런데 본 실시예에서는 부품의 공통화 및 안정된 고속회전을 실현하기 위하여 압축기본체측과 고속모터측을 진동역학적으로 거의 동일구조로 하고 있다. 즉, 압축기본체와 전동기를 그들 회전축의 축단에 설치한 기어로 접속하고 있으나, 이 부분에서 분할한 축을 생각하면 모터축 및 암로우터축, 수로우터축의 지지부 구조는 유사한 구조로 되어 있다. 구체적으로는 각 축을 지지하는 베어링(13, 30)은동일형식 번호품이며, 베어링(6, 7, 29)은 동일형식 번호품이다. 또한 비스코시일 (11, 24)도 동일형상이다. 또 베어링에 대한 급유방법도 분무윤활이며 모터의 바깥 둘레쪽 및 압축기본체의 바깥 둘레쪽에 냉각재킷를 설치하고 있는 점에서도 일치하고 있다.
또한 압축기본체는 고속모터에 증속비 1 : 1, 즉 등속의 기어로 접속되어 있기 때문에 고주파 인버터로 고속모터를 압축기의 시방회전수까지 상승시키면, 압축기의 시방회전수가 그대로 얻어진다. 따라서 본 발명에 의하면 증속장치가 모두 불필요하게 된다. 고속모터는 고회전수영역에서 사용되기 때문에 필요 모터토오크가 작아진다. 그 때문에 스테이터코어나 스테이터코일을 소형화할 수 있다. 이와 같이 고속모터에 압축기본체를 증속비 1 : 1 로 접속하면, 압축기를 구동하는 구동시스템 전체의 치수를 작게 할 수 있어, 압축기유닛의 소형화 및 저비용화가 가능해진다.
또한 본 실시예에서는 고속모터와 압축기본체를 1 : 1 의 증속비의 기어로 접속하고 있으나, 증속비는 이것에 한정하는 것이 아니라, 증속비로 2 : 1 내지 감속비로 1 : 2 정도까지이라면, 모터의 크기나 감속 또는 증속에 사용하는 기어의 크기를 그 만큼 크게 하지 않아도 되기 때문에 본 발명의 효과는 얻어진다. 단, 증속비가 커지면 모터는 소형화할 수 있으나, 증속장치의 크기 및 이 증속장치에 요하는 비용이 커져 바람직하지 않고, 한편 더욱 모터회전수를 상승시켜 감속장치를 사용하는 것도 생각할 수 있으나, 모터의 고속화가 곤란하여 실용적이지 않다. 또본 실시예에서는 기어를 사용하여 모터축과 수로우터의 회전축을 접속하였으나,기어커플링이나 다이어프램커플링같은 등속커플링 또는 스플라인과 스플라인커플링의 조합 등의 등속 이음매 수단으로 하여도 되는 것은 물론이다.
다음에 본 발명의 다른 실시예를 도 5에 의하여 설명한다. 이 도 5에 나타낸 부품과 상기 실시예에 나타낸 부품이 동일한 경우에는, 동일한 부호를 붙이고 있다. 본 실시예가 도 1에 나타낸 실시예와 다른 점은, 압축기본체(1)의 수로우터 (2)의 축과, 고속모터(21)의 모터축을 일체로 구성한 점이다. 환언하면, 수로우터축과 고속모터의 회전축을 연결한 것 이외의 압축기본체(1a) 및 고속모터측의 하나하나의 부품은 기본적으로 상기 실시예와 동일하다.
모터케이싱(23a)에는 스테이터코어(27) 및 스테이터코일(28)이 설치되어 있다. 수톱니형이 중간에 형성된 수로우터(2a)의 흡입측 축부(2b)에는 고속모터의 로우터코어(26)가 설치되어 있다. 이 수로우터(2a)는 수톱니형부로부터 축단측을 토출측 베어링(7, 13)으로, 로우터코어(26)보다 더욱 단부측을 반부하측 베어링 (30a)으로 회전자유롭게 지지되어 있다. 암로우터(3a)는 수로우터(2a)와 같이 토출측을 토출측 베어링(7, 13)으로, 흡입측을 흡입측 베어링(6a)으로 지지되어 있다. 단, 상기 실시예와는 달리 흡입측 단부에는 기어가 설치되어 있지 않다. 수로우터 및 암로우터의 흡입측 베어링(7, 13)으로는 원통 로울러베어링 및 조합 앵귤러베어링을, 암로우터측의 흡입측 베어링(6a)으로는 그리스윤활의 롤러베어링 (6a)을 사용하고 있다. 압축기본체 및 고속모터에서 발생하는 열을 방열하기 위한 냉각구조로서 케이싱(2)의 바깥 둘레부 및 모터케이싱(23)의 바깥 둘레부에 각각 방열핀(48, 49)이 형성되어 있다.
이와 같이 구성한 본 실시예에서는 앞의 실시예와 비교하여 수로우터측의 흡입측 베어링 및 축밀봉장치, 고속모터측의 부하측 베어링 및 축밀봉장치, 고속모터의 동력을 전달하는 기어가 불필요하게 되어 압축기본체를 포함한 구동시스템장치의 소형화 및 저비용화가 가능해진다. 또한 본 실시예에서는 수로우터의 축을 모터축과 공용하고 있으나, 암로우터의 축을 모터축과 공용하여도 되는 것은 물론이다.
다음에 상기 어느 하나의 실시예에 기재된 압축본체 및 전동기가 일체로 형성된 오일프리스크류 압축기를 패키지내에 배치하는 모양을 도 6 및 도 7을 사용하여 설명한다. 압축기본체와 고속모터를 일체화한 후에 이 일체화 조립품을 냉각기를 겸하는 본체가대(51)의 상부에 배치하고 있다. 본체가대(51)를 구획하여 2개의 룸을 형성한다. 제 1 실(51a)은 압축공기의 냉각기를 수납하는 룸이며, 공기를 1차냉각하는 프리쿨러(pre-cooler)(52), 공기를 2차냉각하는 애프터쿨러(53) 및 언로드시의 폐기공기를 냉각하는 방풍쿨러(54)를 수납하고 있다. 제 2 실(51b)은 오일고임으로서 사용하는 룸이며, 윤활유를 냉각하는 오일쿨러(55)가 수납되어 있다.
프리쿨러(52), 애프터쿨러(53) 및 방풍쿨러(54)는 U 자형의 냉각관을 구비하고 있으며, 관 바깥쪽에 냉각수가 통수되어 있다. 한편 오일쿨러(55)도 U 자형의 냉각관을 구비하고 있으며, 관 바깥쪽에 윤활유가 유도된다. 본체가대의 제 1 실(51a)의 측면에는 체크밸브(56)가 설치된 헤더(57a)가 설치되어 있고, 제 2 실 (51b)의 측면에는 냉각수 출입구를 가지는 냉각수 헤더(57b)가 설치된다. 압축기본체(1)와 프리쿨러(52)를 토출배관(58)으로 접속하여 고속모터(21)의 배유구(35,36)와 오일쿨러(55)를 배유배관(59, 60)으로 연결한다. 또한 압축기본체(1)의 흡입측에는 흡입필터(90)가 설치되어 있고, 토출측에는 폐기밸브(91)가 개재된 폐기배관(93)이 설치되어 있다. 폐기배관의 선단부에는 폐기사이렌(83)이 설치되어 있다. 그리고 이들 본체가대(51), 압축기본체(1), 고속모터(21), 흡입 및 출구배관시스템이 박스체(95) 안에 수납되어 패키지형의 오일프리스크류 압축기를 구성하고 있다.
압축기본체와 고속모터를 일체로 조립하여, 이 일체조립품을 프리쿨러나 애프터쿨러 등을 수납하는 본체가대의 바로위에 배치함으로써 일체조립품과 각 쿨러사이를 접속하는 배관의 길이를 짧게 할 수 있는, 또한 본체가대의 길이방향 치수를 상기 일체조립품의 길이방향 치수와 같은 정도로 함으로써, 압축기 패키지내의 불필요한 스페이스를 줄여 압축기유닛을 소형경량으로 할 수 있다.
다음에 도 1 또는 도 5에 나타낸 실시예에 기재된 오일프리스크류 압축기를, 인버터를 사용하여 회전수 제어하는 경우에 관하여 도 8을 사용하여 설명한다. 종래의 오일프리 압축기에서는 압축기본체의 흡입측에 언로더조립품을 배치하고 있었다. 이 언로더조립품은 에어실린더, 흡입드로틀밸브, 폐기밸브 및 언로더바디 등을 가지고 있다.
한편 본 발명에 있어서는 압축기의 흡입측에 용량제어장치를 설치하지 않고, 흡입필터(90)를 직접 배치하고 있다. 또 토출배관(58)에 의하여 압축기본체(1), 고온의 압축공기를 일차 냉각하는 프리쿨러(52), 체크밸브(55), 고온의 압축공기를 2차냉각하는 애프터쿨러(53)를 차례로 접속하고 있다. 그리고 체크밸브(55)의 1차측에 또한 프리쿨러의 2차측에 폐기배관(93)을 배치하여 폐기배관(93)에 폐기전자밸브(91)를 설치하고 있다. 폐기밸브(91)의 동작은 압축기의 운전상태나 압축기본체의 회전수에 따라 변화시킨다. 이 동작상태를 표 1 에 나타낸다.
압축기 운전상태 압축기본체 회전수 폐기밸브
기동시 0 →20000rpm 개방
로드시 10000 →20000rpm 폐쇄
언로드시 10000rpm 일정 개방
또한 여기서는 압축기본체의 최고 사용회전수를 20000 rpm으로 하고, 그 절반의 1OOOOrpm을 언로드시 회전수, 즉 하한의 회전수라 하고 있다.
기동시에 압축기본체는 도시 생략한 제어장치에 의하여 최고 회전수까지 가속된다. 이 때 폐기밸브(91)를 개방하면 압축공기가 폐기되어 더욱 토출압력이 내려가 인버터측의 부하를 가볍게 할 수 있다. 로드시에는 수요원의 라인측의 공기의 사용량의 증감을 압력센서(92)가 검출하고, 이 압력센서(92)가 검출하는 압축기유닛출구의 압력이 일정하게 되도록 인버터가 압축기본체의 회전수를 제어하여 이에 따라 토출공기량이 제어된다.
로드상태에 있어서 공기사용량이 저하하면, 압축기회전수를 제어장치가 저하시킨다. 공기사용량이 점점 저하하면, 압축기의 회전수는 하한측 1OOOOrpm 에 도달한다. 이 상태에 있어서 다시 압력센서(92)가 압력상승을 검출하면 압축기는 언로드운전상태에 있다고 제어장치가 판단하여 제어장치가 폐기밸브(91)를 개방하는 지령을 낸다. 폐기밸브(91)를 개방하여 압축공기를 폐기하였을 때에는 압축기의 운전회전수는 하한치로 되어 있고, 토출압력도 낮으며, 압축기의 동력도 작다. 또한본 실시예에서는 폐기밸브(91)에 압력센서(92)의 검출압력으로 전기적으로 개폐할 수 있는 전자밸브를 사용하였으나, 본 발명은 그것에 한정하는 것은 아니다.
이상과 같이 구성한 본 실시예에서는 인버터와 폐기밸브를 조합하였기 때문에 종래 사용하고 있는 언로더장치가 불필요하게 된다.
따라서 본 발명에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
(1) 증속기어나 벨트 등의 증속장치가 불필요하게 되어 오일프리스크류 압축기유닛의 소형경량화 및 저비용화가 가능해진다.
(2) 흡입드로틀밸브나 삼방전자밸브 등의 용량제어장치가 불필요하게 되어 오일프리스크류 압축기유닛의 구조의 간소화 및 저비용화가 가능해진다.
(3) 전동기시스템과 압축기본체시스템과의 진동역학적 구성을 공통화하여, 종래부터 신뢰성이 높은 회전시스템을 이들 전동기시스템 및 압축기본체시스템에 채용할 수 있기 때문에, 고속에서까지 안정되고 회전가능한 오일프리스크류 압축기유닛을 제공할 수 있다.
(4) 전동기시스템과 압축기본체시스템과의 부품의 공통화를 도모함으로써 오일프리스크류압축기의 저비용 및 신뢰성의 향상이 가능하게 된다.

Claims (13)

  1. 모터로우터가 설치된 모터축과, 상기 모터로우터에 대향하여 배치된 모터스테이터를 유지하는 모터케이싱과, 나사형상의 수톱니형이 형성된 수로우터와, 나사형상의 암톱니형이 형성된 암로우터와, 이들 수로우터와 암로우터를 수납하는 케이싱을 구비한 오일프리스크류 압축기에 있어서,
    상기 모터의 회전속도와 상기 수로우터 또는 암로우터의 적어도 어느 하나의 회전속도가 같으며,
    고주파인버터로 상기 모터를 상기 압축기의 시방회전수까지 상승시켜 사용하는 것을 특징으로 하는 오일프리스크류 압축기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수로우터와 상기 암로우터중 어느 하나에 형성된 회전축과 상기 모터축은 일체의 회전축인 것을 특징으로 하는 오일프리스크류 압축기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수로우터 또는 암로우터중 어느 한 축의 한쪽끝측에 제 1 기어를, 상기모터축의 한쪽끝측에 이 제 1 기어와 맞물리는 제 2 기어를 설치하고, 이 제 1 기어와 제 2 기어의 기어의 톱니수비를 실질적으로 1 : 1 로 한 것을 특징으로 하는 오일프리스크류 압축기.
  4. 수로우터와 암로우터를 구비한 압축기본체와, 이 압축기본체를 회전구동하는 고주파 전동기를 구비한 오일프리스크류 압축기에 있어서,
    상기 고주파 전동기의 회전속도와 상기 수로우터 또는 암로우터의 적어도 어느 하나의 회전 속도를 동일하게 하고,
    상기 고주파 전동기를 상기 압축기의 시방회전수까지 상승시켜 사용하는 것을 특징으로 하는 오일프리스크류 압축기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 수로우터 또는 암로우터의 어느 한 축의 한쪽끝측에 제 1 기어를, 상기고주파 전동기의 한쪽끝측에 이 제 1 의 기어에 맞물리는 제 2 기어를 설치하고, 이 제 1 기어와 제 2 기어의 기어의 톱니수비를 1 : 1 로 한 것을 특징으로 하는 오일프리스크류 압축기.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 수로우터 및 암로우터를 회전지지하는 롤러베어링을 각 로우터에 설치하고, 이 롤러베어링과 같은 크기의 롤러베어링을 상기 고주파전동기에 설치한 것을 특징으로 하는 오일프리스크류 압축기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 수로우터 및 암로우터를 지지하는 롤러베어링에 급유하는 윤활유를 시일하는 나사시일을 상기 각 로우터에 설치함과 동시에, 상기 고주파전동기에 설치한 롤러베어링에 급유하는 윤활유를 시일하는 나사시일을 설치하여 이들 각 나사시일의 크기를 동일하게 한 것을 특징으로 하는 오일프리스크류 압축기.
  8. 케이싱에 수납되어 서로 맞물리는 수로우터 및 암로우터와, 이들 수로우터 및 암로우터를 지지하는 제 1, 제 2 베어링과, 상기 케이싱과 수로우터와 암로우터에 의하여 형성되는 압축실에 대한 오일의 침입을 방지하는 축밀봉장치를 가지는 압축기본체를 구비한 오일프리스크류 압축기에 있어서,
    고주파 인버터로 구동되는 고속모터를 상기 압축기본체의 흡입측에 접속하고, 상기 고속모터는 모터로우터가 형성된 모터축과; 이 모터축을 회전지지하는 제 3 베어링과; 이 제 3 베어링을 윤활하는 윤활유의 고속모터 내부에 대한 침입을 방지하는 제 2 축밀봉장치를 가지며,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 베어링을 서로 동일한 것으로 하며, 상기 제 1 축밀봉장치와 상기 제 2 축밀봉장치를 동일한 것으로 한 것을 특징으로 하는 오일프리스크류 압축기.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 압축기본체가 구비하는 수로우터의 축단에 제 1 기어를, 상기 고속모터의 부하측 축단에 이 제 1 기어와 맞물리는 제 2 기어를 끼워 맞추고 이 제 1 기어와 제 2 기어의 톱니수비가 2 : 1 내지 1 : 2의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 오일프리스크류 압축기.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 압축기본체가 구비하는 수로우터의 축단을 상기 고속모터의 부하측의축단에 커플링 또는 스플라인으로 직결한 것을 특징으로 하는 오일프리스크류 압축기.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 수로우터를 지지하여 이 로우터의 양쪽 끝부에 위치하는 베어링과, 이 베어링의 한쪽과 상기 수로우터의 톱니 홈부와의 사이에 위치하여 수로우터에 끼워 맞춘 모터로우터와, 이 모터로우터에 대향한 모터스테이터와, 이 모터스테이터를 유지하는 모터케이싱을 설치하고, 이 모터케이싱을 상기 케이싱의 흡입측과 결합한 것을 특징으로 하는 오일프리스크류 압축기.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 압축기본체와 상기 고속모터를 일체화하여 상기 압축기본체로 압축된 압축공기를 냉각하는 애프터쿨러와, 프리쿨러와, 윤활유를 냉각하는 오일쿨러를 수납하는 공통가대를 설치하고, 이 공통가대의 위쪽에 일체화된 상기 압축기본체와 상기 고속모터를 배치한 것을 특징으로 하는 오일프리스크류 압축기.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 압축기본체의 하류측에 이 압축기본체로 압축된 작동공기를 냉각하는 공기 냉각기를, 이 공기 냉각기의 더욱 하류에 체크밸브를, 이 체크밸브의 상류측에서 분기되어 폐기쿨러와 폐기밸브를 가지는 폐기관로를 각각 설치하고, 또한 상기 압축기본체의 기동시 및 무부하 운전시에는 폐기밸브를 폐쇄하고, 부하운전시에는 폐기밸브를 개방으로 하는 폐기밸브의 제어장치를 설치한 것을 특징으로 하는 오일프리스크류 압축기.
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