JP3916511B2

JP3916511B2 - 油冷式圧縮機

Info

Publication number: JP3916511B2
Application number: JP2002161721A
Authority: JP
Inventors: 元中村; 順一朗戸塚; 省二吉村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-06-03
Also published as: JP2004011427A; US7094037B2; BE1017934A3; GB2390874A; GB0312635D0; GB2390874B; US20030223885A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機本体に潤滑、冷却、軸封のために油を供給するように構成された油冷式圧縮機に係り、特に、供給する油量を制御することにより、吐出ガスの吐出温度を適正に制御し得るようにした油冷式圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
潤滑、冷却、あるいは軸封のために、圧縮機本体に油を供給するように構成された油冷式圧縮機がある。以下、この従来例に係る油冷式圧縮機を、この油冷式圧縮機が油冷式スクリュ圧縮機である場合を例として、添付図面を順次参照しながら説明する。図４は油冷式スクリュ圧縮機の模式的系統図であり、図５は吐出圧力Ｐ_dと圧縮機本体の動力ｗとの関係、および吐出圧力Ｐ_dと油量ｑとの関係説明グラフ図であり、また図６は吐出圧力Ｐ_dと吐出温度Ｔ_dとの関係説明グラフ図である。
【０００３】
先ず、従来例に係る油冷式スクリュ圧縮機を説明すると、図４に示す符号２は油冷式スクリュ圧縮機である。この油冷式スクリュ圧縮機２は、互いに噛合する雌雄一対のスクリュロータ１１を回転可能に収容した圧縮機本体１２を備えている。この圧縮機本体１２の吐出口からは吐出流路１３が延びており、この吐出流路１３には、油分離手段である油分離回収器１４が介装されている。この油分離回収器１４内の上部には油分離エレメント１５が設けられており、そしてその下部は、前記油分離エレメント１５により分離された油が溜まる油溜まり部１６となっている。この油溜まり部１６には、油冷却器１７が介装されてなる油供給流路１８の一端側が接続されており、他端が圧縮機本体１２に連通している。
つまり、前記油分離回収器１４の油溜まり部１６から、前記油供給流路１８を介して油冷却器１７で冷却された油が圧縮機本体１２内の、図示しないロータ室、軸受、軸封部に供給されるように構成されている。
【０００４】
この油冷式スクリュ圧縮機２の圧縮機本体１２に供給される油量ｑは、この圧縮機本体１２の吐出圧力Ｐ_dに基づいて変化する。油量ｑと吐出圧力Ｐ_dとの関係は、下記▲１▼式で示すとおりである。なお、圧縮機本体１２への油供給流路１８の連通部のノズル面積をＳとする。
ｑ＝Ｃ₁×Ｓ×（Ｐ_d）^1/2 ‥‥‥▲１▼
上記▲１▼式において、Ｃ₁は定数である。
【０００５】
また、圧縮機本体１２の動力ｗは、下記▲２▼式から算出することができる。
ｗ＝Ｃ₂×｛（ｖ_i−κ）／（κ−１）×Ｐ_s＋Ｐ_d／ｖ_i｝ ‥‥‥▲２▼
上記▲２▼式において、Ｃ₂は定数、ｖ_iは内部容積比、κは空気の比熱比、Ｐ_sは吸い込み圧である。圧縮機本体１２の油量ｑと動力ｗとは、概略的には図５に示すようになる。なお、吐出温度Ｔ_dは、下記▲３▼式から算出することができる。
Ｔ_d＝ｗ／（Ｃ₃×ｑ）＋Ｔ₀ ‥‥‥▲３▼
上記▲３▼式において、Ｔ₀は給油温度、Ｃ₃は定数である。
【０００６】
上記の▲１▼式、▲２▼式から、油量ｑは吐出圧力Ｐ_dの平方根と線形の関係にあるのに対して、動力ｗは吐出圧力Ｐ_dそのものと線形の関係にある。このような事実から、同量の吐出圧力Ｐ_dの増減に対して、圧縮機本体に供給される油量ｑの増減の比率が動力ｗの増減よりも大きいといえる。さらに、上記▲３▼式から、定性的には、吐出圧力Ｐ_dが低下すると、図６に示すように、吐出温度Ｔ_dが上昇するということがいえる。
【０００７】
なお、油冷式圧縮機の圧縮機本体の吐出圧力Ｐ_dには、油冷式圧縮機の仕様の関係上、それより大とすることができない（あるいは大とならない）最高吐出圧力Ｐ_dmaxが定められている。また、この最高吐出圧力Ｐ_dmaxと共に、油冷式圧縮機の仕様上、それより小とすることができない（あるいは小とならない）最低吐出圧力Ｐ_dminが定められている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、油冷式圧縮機の圧縮機本体の吐出口から吐出される吐出ガスの吐出温度Ｔ_dには、望ましい上限吐出温度Ｔ_dmaxと、下限吐出温度Ｔ_dminとが定められている。一般に、上限吐出温度Ｔ_dmaxは油の劣化を防止するために定められている（例えば、１００℃）。また、下限吐出温度Ｔ_dminは圧縮機本体の吐出側でのドレーンの析出を防止するために定められている（例えば、８０℃）。
【０００９】
ここで、上限吐出温度Ｔ_dmaxにおいて、下限吐出温度Ｔ_dminを確保するために、その状態になるよう相応しい油量ｑの値を決定して、その油量ｑの状態で吐出圧力Ｐ_dを低下させる。すると、上述の▲１▼式、▲２▼式、および▲３▼式で説明した理由によって、吐出温度Ｔ_dが低下することになる。初期段階においては、下限吐出温度Ｔ_dminにされていることから、ある程度の温度上昇の場合には問題がない。しかしながら、それ以上の温度上昇が起こると、上限吐出温度Ｔ_dmaxの近くまで上昇し、場合によっては上限吐出温度Ｔ_dmaxを越えてしまう事態もあり得、圧縮機本体の運転に不具合が生じかねないという問題が生じる。
【００１０】
油冷式圧縮機の圧縮機本体に供給する油の温度は、上限吐出温度Ｔ_dmaxよりも低温にするのは勿論のこと、なるべく低温で維持し続けることが油の劣化防止にとって望ましい。また、圧縮ガスからのドレーンの析出をなくするためにも、下限吐出温度Ｔ_dminよりは高温であって、かつ下限吐出温度Ｔ_dminの近傍の温度に維持することが望まれている。
【００１１】
従って、本発明の目的は、吐出ガスの吐出温度を適正に保持することを可能ならしめる油冷式圧縮機を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、従って上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る油冷式圧縮機が採用した手段は、圧縮機本体と、この圧縮機本体の吐出口から延びる吐出流路に油分離手段が設けられ、この油分離手段と前記圧縮機本体の油供給部位とが連通可能に構成され、前記油分離手段で分離された油を前記圧縮機本体に供給する油供給流路を有する油冷式圧縮機において、前記油供給流路を、その途中から第一供給流路部と第二供給流路部とに分岐させ、前記第一供給流路部に開閉手段を介装し、前記吐出流路に吐出圧力を検出する圧力検出手段を設けると共に、この圧力検出手段で検出された吐出圧力と、所定圧力値との相関に基づいて前記開閉手段を開閉制御する制御手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係る油冷式圧縮機が採用した手段は、請求項１に記載の油冷式圧縮機において、前記第一供給流路部と第二供給流路部との前記圧縮機本体への連通部のノズル面積をＳ₁、Ｓ₂とし、吐出圧力Ｐ_dが最高吐出圧力Ｐ_dmaxのときの吐出温度Ｔ_dが下限吐出温度Ｔ_dminとなる油量がｑ₀であり、この状態から吐出圧力Ｐ_dを低下させて吐出温度Ｔ_dが上限吐出温度Ｔ_dmaxになったときの吐出圧力Ｐ_dがＰ₁、油量がｑ₁であり、吐出圧力Ｐ_dが最低吐出圧力Ｐ_dminのときの吐出温度Ｔ_dが上限吐出温度Ｔ_dmaxになる油量がｑ₃であるとき、前記Ｓ₁、Ｓ₂は、常数Ｃ₁を含む算式ｑ₁＝Ｃ₁×Ｓ₁×（Ｐ₁）^1/2、およびｑ₃＝Ｃ₁×（Ｓ₁＋Ｓ₂）×（Ｐ_dmin）^1/2が成立するよう設定されてなることを特徴とするものである。
【００１４】
従来例に係る油冷式圧縮機では、吐出圧力Ｐ_dが低下すると単に吐出温度Ｔ_dが上昇する。しかしながら、本発明の請求項１または２に係る油冷式圧縮機の場合には、圧縮機本体の吐出口から吐出される吐出ガスの吐出温度Ｔ_dを、第一供給流路部に介装した開閉手段の制御手段での開閉による油量ｑの制御により、吐出圧力Ｐ_dが所定圧力値、つまりＰ₁になったときに段階的に変化させることができる。これにより吐出圧力Ｐ_dが低下しても吐出温度Ｔ_dが上限吐出温度Ｔ_maxを越えることがないから、油冷式圧縮機を安定して運転し続けることができる。そして、上限吐出温度Ｔ_dmaxを越えることに起因する運転上の種々の不具合の発生を未然に防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の本実施の形態に係る油冷式圧縮機を、油冷式圧縮機が油冷式スクリュ圧縮機である場合を例として、添付図面を順次参照しながら説明する。
図１は油冷式スクリュ圧縮機の模式的系統図、図２は吐出圧力Ｐ_dと圧縮機本体の動力ｗとの関係、および吐出圧力Ｐ_dと油量ｑとの関係説明グラフ図、図３は吐出圧力Ｐ_dと吐出温度Ｔ_dとの関係説明グラフ図である。但し、図４に基づいて説明した従来例に係る油冷式スクリュ圧縮機と共通する部分については同一符号を付して、その相違する点について説明する。
【００１６】
先ず、図１を参照しながら、本実施の形態に係る油冷式スクリュ圧縮機１を説明する。この油冷式スクリュ圧縮機１では、油供給流路１８を、第一供給流路部１９と第二供給流路部２０に分岐させて形成してある。前記油供給流路１８の前記第一供給流路部１９と第二供給流路部２０より上流、つまり油分離手段である油分離回収器１４側の部分には油冷却器１７が介装してある。そして、この油冷却器１７により冷却した油を、圧縮機本体１２のロータ室内の吸い込み側空間、軸受、および軸封部に供給し得るようになっている。前記油供給流路１８の前記第一供給流路部１９には開閉弁２２が介装され、またこの由来式スクリュ圧縮機１の吐出流路１３には、吐出圧力Ｐ_dを検出する圧力検出手段である圧力計２１が設けられている。
【００１７】
前記圧力計２１の圧力信号は、制御手段である制御機器２３に入力されるようになっている。そして、圧力計２１からの圧力信号を受信した制御機器２３は、その内部において後述する演算を行い、前記開閉弁２２に対してその演算結果に基づく開閉信号を送信するように構成されている。
【００１８】
いま、前記油供給流路１８の第一供給流路部１９と第二供給流路部２０の前記圧縮機本体１２への連通部のノズル面積をＳ₁、Ｓ₂とする。また、吸気ガスとしては空気を利用するものとする。ここで、吸気ガスである空気の温度が想定し得る状態（例えば、４０°）において、吐出圧力Ｐ_dが最高吐出圧力Ｐ_dmaxのときの吐出温度Ｔ_dが下限吐出温度Ｔ_dmin（例えば、８０℃）となる油量がｑ₀であるとする。この状態から吐出圧力Ｐ_dを低下させて吐出温度Ｔ_dが上限吐出温度Ｔ_dmax（例えば、１００℃）になったときの吐出圧力Ｐ_dがＰ₁、油量がｑ₁であるとする。
【００１９】
これらＰ₁、ｑ₁とＳ₁との関係が以下のとおりとなるように、前記Ｓ₁が設定されている。
ｑ₁＝Ｃ₁×Ｓ₁×（Ｐ₁）^1/2（Ｃ₁；定数）
さらに、吐出圧力Ｐ_dが最低吐出圧力Ｐ_dminのときの吐出温度Ｔ_dが上限吐出温度Ｔ_dmax（例えば、１００℃）になる油量がｑ₃であるとする。このＰ_dmin、ｑ₃とＳ₁とさらにＳ₂との関係が以下のとおりとなるように、前記Ｓ₂が設定されている。
ｑ₃＝Ｃ₁×（Ｓ₁＋Ｓ₂）×（Ｐ_dmin）^1/2（Ｃ₁；定数）
これを前提とした上で、吐出圧力Ｐ_dの変化に基づき、より詳細には前記Ｐ₁を閾値（所定圧力値）として、この閾値Ｐ₁と吐出圧力Ｐ_dとの大小関係に基づいて第一供給流路１９に介装されてなる開閉弁２２を開閉制御する。
【００２０】
前記開閉弁２２の開閉の仕方をより具体的に説明すると、吐出圧力Ｐ_d＜Ｐ₁のときには開閉弁２２を開弁する。そして、吐出圧力Ｐ_d＝Ｐ₁のときには開閉弁２２の開弁状態を維持し、吐出圧力Ｐ_d＞Ｐ₁のときには開閉弁２２を閉弁する。つまり、吐出圧力Ｐ_d＜Ｐ₁のときに開閉弁２２を開弁すると、圧縮機本体１２に油量ｑ≧ｑ₃となる油が供給されることとなる。また、吐出圧力Ｐ_d＝Ｐ₁のときにはｑ＝ｑ₁となる油が供給され、そして吐出圧力Ｐ_d＞Ｐ₁のときに開閉弁２２を閉弁すると、ｑ₁＜ｑ≦ｑ₀となる油が供給されることとなる。
【００２１】
この吐出圧力Ｐ_dの値に対する油量ｑは、図２に示すように、吐出圧力Ｐ_dがＰ_dminのときにｑ₃であり、吐出圧力Ｐ_dの上昇につれてｑ₁、ｑ₀を越えて多くなるが、吐出圧力Ｐ_dがＰ₁になると、直ちに減少してｑ₁となるように制御される。また、吐出圧力Ｐ_dがＰ₁を越えてＰ_maxに近づくにつれて多くなり、吐出圧力Ｐ_dがＰ_dmaxになるとｑ₀となるように制御される。
【００２２】
開閉弁２２の開閉により制御される油量ｑにより、吐出圧力Ｐ_dに対する吐出温度Ｔ_dは、図３に示すように、吐出圧力Ｐ_dが上昇してＰ_dminからＰ₁に接近するにつれて下がる。次いで、Ｐ₁になると瞬時に吐出圧力Ｐ_dがＰ_dminのときと同程度に上がり、そして吐出圧力Ｐ_dが上昇してＰ_dmaxに接近するにつれて下がり、Ｐ_dmaxになると吐出圧力Ｐ_dがＰ₁のときと同程度になる。
【００２３】
以上述べたように、本実施の形態に係る油冷式スクリュ圧縮機１では、従来例に係る油冷式スクリュ圧縮機２よりも、吐出温度Ｔ_dの低下量を少なくすることができる。つまり、圧縮機本体１２の吐出口から吐出される吐出ガスの吐出温度Ｔ_dを、開閉弁２２の開閉によって油量ｑを制御することにより、吐出圧力Ｐ_dが低下しても単に吐出温度Ｔ_dが上昇するのではなく、吐出圧力Ｐ_dがＰ₁になったときに段階的に変化させることができる。これにより吐出圧力Ｐ_dが低下しても吐出温度Ｔ_dが上限吐出温度Ｔ_dmaxを越えるようなことがないから、油冷式スクリュ圧縮機１を安定した状態で運転し続けることができる。そして、上限吐出温度Ｔ_dmaxを越えることに起因する運転上の種々の不具合の発生を未然に防止することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１または２に係る油冷式圧縮機によれば、圧縮機本体の吐出口から吐出される吐出ガスの吐出温度Ｔ_dを、第一供給流路部に介装した開閉手段の開閉による油量ｑの制御により、吐出圧力Ｐ_dが低下しても単に吐出温度Ｔ_dが上昇するのではなく、吐出圧力Ｐ_dが所定圧力値、つまりＰ₁になったときに段階的に変化させることができる。これにより吐出圧力Ｐ_dが低下しても吐出温度Ｔ_dが上限吐出温度Ｔ_dmaxを越えることがないから、油冷式圧縮機を安定して運転し続けることができる。そして、上限吐出温度Ｔ_dmaxを越えることに起因する運転上の種々の不具合の発生を未然に防止することができるという、従来例に係る油冷式圧縮機では得ることのできない優れた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る油冷式スクリュ圧縮機の模式的系統図である。
【図２】本発明の実施の形態に係り、吐出圧力Ｐ_dと圧縮機本体の動力ｗとの関係、および吐出圧力Ｐ_dと油量ｑとの関係説明グラフ図である。
【図３】本発明の実施例に係り、吐出圧力Ｐ_dと吐出温度Ｔ_dとの関係説明グラフ図である。
【図４】従来例に係る油冷式スクリュ圧縮機の模式的系統図である。
【図５】従来例に係り、吐出圧力Ｐ_dと圧縮機本体の動力ｗとの関係、および吐出圧力Ｐ_dと油量ｑとの関係説明グラフ図である。
【図６】従来例に係り、吐出圧力Ｐ_dと吐出温度Ｔ_dとの関係説明グラフ図である。
【符号の説明】
１…油冷式スクリュ圧縮機
１１…スクリュロータ
１２…圧縮機本体
１３…吐出流路
１４…油分離回収器
１５…油分離エレメント
１６…油溜まり部
１７…油冷却器
１８…油供給流路
１９…第一供給流路部
２０…第二供給流路部
２１…圧力計
２２…開閉弁
２３…制御機器

Claims

圧縮機本体と、この圧縮機本体の吐出口から延びる吐出流路に油分離手段が設けられ、この油分離手段と前記圧縮機本体の油供給部位とが連通可能に構成され、前記油分離手段で分離された油を前記圧縮機本体に供給する油供給流路を有する油冷式圧縮機において、前記油供給流路を、その途中から第一供給流路部と第二供給流路部とに分岐させ、前記第一供給流路部に開閉手段を介装し、前記吐出流路に吐出圧力を検出する圧力検出手段を設けると共に、この圧力検出手段で検出された吐出圧力と、所定圧力値との相関に基づいて前記開閉手段を開閉制御する制御手段を設けたことを特徴とする油冷式圧縮機。
前記第一供給流路部と第二供給流路部との前記圧縮機本体への連通部のノズル面積をＳ₁、Ｓ₂とし、吐出圧力Ｐ_dが最高吐出圧力Ｐ_dmaxのときの吐出温度Ｔ_dが下限吐出温度Ｔ_dminとなる油量がｑ₀であり、この状態から吐出圧力Ｐ_dを低下させて吐出温度Ｔ_dが上限吐出温度Ｔ_dmaxになったときの吐出圧力Ｐ_dがＰ₁、油量がｑ₁であり、吐出圧力Ｐ_dが最低吐出圧力Ｐ_dminのときの吐出温度Ｔ_dが上限吐出温度Ｔ_dmaxになる油量がｑ₃であるとき、前記Ｓ₁、Ｓ₂は、常数Ｃ₁を含む算式ｑ₁＝Ｃ₁×Ｓ₁×（Ｐ₁）^1/2、およびｑ₃＝Ｃ₁×（Ｓ₁＋Ｓ₂）×（Ｐ_dmin）^1/2が成立するよう設定されてなることを特徴とする請求項１に記載の油冷式圧縮機。