JP4415340B2

JP4415340B2 - スクリュー圧縮装置とその運転制御方法

Info

Publication number: JP4415340B2
Application number: JP2000165444A
Authority: JP
Inventors: 広志太田; 優和青木; 洋幸松田; 仁西村
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2020-06-02
Also published as: CN1288346C; DE10047940B4; JP2001342982A; CN1327126A; KR100345843B1; DE10047940A1; US6461112B1; KR20010110058A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリュー圧縮装置とその運転制御方法に係り、特に、インバータを用いて電動機の回転数を変化させて圧縮機の容量制御を行い、一対のスクリューロータを非接触で同期回転させて空気などのガスを圧縮して負荷に供給するに好適なスクリュー圧縮装置とその運転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクリュー圧縮装置に用いる圧縮機として、一対のスクリューロータをタイミングギアを介して互いに連結し、一対のスクリューロータを非接触でかつ無給油状態で同期回転させる無給油式スクリュー圧縮機と、互いに噛み合う一対のスクリューロータにオイルを供給しながら互いに回転させる油冷式スクリュー圧縮機が知られている。
【０００３】
前者の無給油式スクリュー圧縮機を用いたものとしては、例えば、特開平６−１８５８４号公報に記載されているように、圧縮機の吸入空気通路中に吸込み絞り弁を設けるとともに、圧縮機の吐出空気通路中のうち逆止弁より上流側の管路途中に、逆止弁の一次側の空気配管から圧縮空気を開放する放気弁を配置し、全負荷運転時は吸込み絞り弁を開くと同時に放気弁を閉塞し、負荷に供給する使用空気量の減少に伴って吐出圧力が上昇し圧力検出器によって上限圧力が検出されたときには、吸込み絞り弁を閉塞すると同時に、放気弁を開く制御を行うものが知られている。
【０００４】
一方、後者の油冷式スクリュー圧縮機をインバータ制御による電動機によって運転するものとして、特開平９−２８７５８０号公報に記載されているように、仕様吐出空気量（定格出力時における吐出空気量）に対して仕様空気量が約３０％から１００％の運転範囲では、インバータにより電動機の駆動周波数を変えて回転数制御を行い、仕様吐出空気量の３０％以下の運転範囲になったときに、吐出圧力が設定圧力に到達したときには、回転数制御における設定下限回転数にスクリュー圧縮機の回転数を保持したまま、吸込み絞り弁を閉塞し、吐出圧力を減少させて無負荷運転に切り替える運転方法を採用したものが知られている。
【０００５】
前者の場合、圧縮機内のスクリューロータが無給油状態でかつ非接触で回転するため、空気などのガス中にオイルなどが混入するのを防止することはできるが、インバータを用いていないため、圧縮機の回転数を任意に調整することが困難である。
【０００６】
一方、後者のものは、インバータを用いて電動機を駆動しているため、電動機の回転数を任意に調整することはできるが、油冷式であるため、空気などのガスにオイルが混入することがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術においては、無給油式スクリュー圧縮機にインバータを適用することについては配慮されておらず、無給油式スクリュー圧縮機にインバータを適用すれば、空気などのガス中にオイルなどが混入するのを防止することができるとともに電動機の回転数を任意に制御することができる。
【０００８】
しかし、無給油式スクリュー圧縮機にインバータを単に適用し、圧縮機の吐出圧力を仕様圧力に保ちながら回転数制御を行った場合、低回転領域では押し退け空気量に対する内部空気漏れ量の比が増大し、圧縮室内において上流側に漏れた空気を圧縮機によって再圧縮する現象が生じる。このような現象が生じると、低回転領域においては、圧縮空気の温度が上昇する傾向を示し、ある回転数以下での運転が困難となる。
【０００９】
また、設定圧力を仕様圧力とするような運転状態においては、温度限界点となる上限の吐出圧力と仕様圧力とのデファレンシャルは非常に小さくなり、全運転領域でこの上限圧力を超えることはできない。
【００１０】
本発明の目的は、低負荷領域で無負荷運転に切り替えたときに圧縮機内の温度を低下させるとともに無負荷運転時の消費動力を低減することができるスクリュー圧縮装置とその運転制御方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するためには、本発明は、ケーシング内に回転自在に収納された雄ロータと雌ロータとの間に容積が変化するガス通路が形成されたスクリュー圧縮機を電動機に連結し、前記圧縮機の負荷の状態を前記圧縮機の吐出圧力により監視し、前記負荷に応じて前記電動機の回転数をインバータによって制御し、前記電動機の回転駆動に応じて前記圧縮機の回転数を無給油状態で変速し、前記圧縮機のケーシング内に導入されたガスを前記圧縮機で圧縮して負荷に吐出するに際して、消費ガス量が仕様吐出ガス量の１００％と設定消費ガス量比との間の領域では前記負荷に応じて前記圧縮機の吐出圧力を設定圧力に保つ回転数で前記電動機を運転し、消費ガス量が前記設定消費ガス量比以下の領域では、前記設定消費ガス量比に対応した回転数で前記電動機を運転するとともに、この運転中に前記圧縮機の吐出圧力が上限圧力に達したときには前記圧縮機の吐出ガスを放気する容量制御を実行し、かつ消費ガス量が前記設定消費ガス量比となるまでは前記設定消費ガス量比に対応した回転数よりも低い回転数で前記電動機を運転することを特徴とするスクリュー圧縮装置の運転制御方法を採用したものである。
【００１２】
前記スクリュー圧縮装置の運転制御方法を採用するに際しては、以下の要素を付加することができる。
【００１３】
（１）前記電動機を前記設定消費ガス量比に対応した回転数よりも低い回転数でパージ運転しているときに、消費ガス量が前記設定消費ガス量比となる前に前記電動機の回転数を前記低い回転数よりも高い回転数に変更する。
【００１４】
（２）前記電動機を前記設定消費ガス量比に対応した回転数よりも低い回転数で放気運転するときに、前記電動機を設定最低回転数まで減速し、消費ガス量が前記設定消費ガス量比となるまで前記電動機の回転数を前記設定最低回転数に維持し、その後設定消費ガス量比になった場合は前記電動機を前記設定消費ガス量比に対応した回転数まで加速した後、放気を停止する。
【００１５】
（３）前記圧縮機の吐出ガスを放気するときの上限圧力は前記圧縮機の出口側に接続された安全弁の吹出し圧力よりも低い圧力に設定されている。
【００１６】
前記した手段によれば、消費ガス量が設定消費ガス量比以下の領域すなわち低負荷領域では、設定消費ガス量比に対応した回転数で電動機を運転するとともに、この運転中に圧縮機の吐出圧力が上限圧力に達したときには圧縮機の吐出ガスを放気するため、圧縮機内の温度を低下させることができる。さらに、圧縮機の吐出ガスを放気するとともに電動機の回転数を設定最低回転数まで下げて電動機を減速する運転を行うことで、無負荷運転時の消費動力をさらに軽減することができる。
【００１７】
また、電動機を設定消費ガス量比に対応した回転数よりも低い回転数で運転しているときに、消費ガス量が設定消費ガス量比となる前に電動機の回転数を低い回転数よりも高い回転数に変更することで、圧縮機の吐出圧力を速やかに設定圧力に移行させることができる。
【００１８】
また、本発明は、ケーシング内に回転自在に収納された雄ロータと雌ロータとの間に容積が変化するガス通路が形成された圧縮機と、前記圧縮機を回転駆動する電動機と、前記圧縮機の吐出圧力を検出する圧力センサと、前記圧縮機に接続された吐出ガス配管と大気とを結ぶ管路を開閉する放気弁と、前記圧力センサの検出出力に基づいて前記電動機の回転数を制御する回転数制御手段と、前記圧力センサの検出出力と回転数に従って前記放気弁の開閉を制御する放気弁制御手段とを備え、前記圧縮機は、前記ケーシング内に導入されたガスを圧縮して前記吐出ガス配管に吐出してなり、前記回転数制御手段は、消費ガス量が定格吐出ガス量の１００％と設定消費ガス量比との間の領域では前記圧力センサの検出出力に応じて前記圧縮機の吐出圧力を設定圧力に保つ回転数に前記電動機を制御し、消費ガス量が前記設定消費ガス量比以下の領域では、前記設定消費ガス量比に対応した回転数以下の回転数に前記電動機を制御してなり、前記放気弁制御手段は、前記圧力センサの検出圧力が上限圧力に達したときには前記放気弁を閉弁状態から開弁状態に制御してなるスクリュー圧縮装置を構成したものである。
【００１９】
前記した手段によれば、消費ガス量が設定消費ガス量比以下の領域となる低負荷領域では、設定消費ガス量比に対応した回転数以下の回転数で電動機が制御されるとともに、圧力センサの検出出力が上限圧力に達したときには放気弁が閉弁状態から開弁状態に制御されて無負荷運転が行われるため、圧縮機の温度を低下させるとともに無負荷運転時の消費動力を低減することができる。この場合、低負荷領域における無負荷運転時に電動機の回転数を設定最低回転数まで下げる減速運転を行うことで、無負荷運転時の消費動力をさらに軽減することが可能になる。さらに、低負荷領域において、放気に伴う減速運転を行なうことで、圧縮機に対する吸込量を減らすことができるので、圧縮機への空気量を制御するための吸込絞り弁の省略が可能になる。
【００２０】
また、前記スクリュー圧縮装置を構成するに際しては、前記回転数制御手段として、消費ガス量が定格吐出ガス量の１００％と設定消費ガス量比との間の領域では前記圧力センサの検出出力に応じて前記圧縮機の吐出圧力を設定圧力に保つ回転数に前記電動機を制御する機能を有するもので構成することもできる。この場合も、低負荷領域において、放気に伴う減速運転を行なうことで、圧縮機に対する吸込量を減らすことができるので、圧縮機への空気量を制御するための吸込絞り弁の省略が可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示すスクリュー圧縮装置の全体構成図である。図１において、スクリュー圧縮装置１０は、圧縮機として、インバータ駆動型無給油式スクリュー圧縮機１２を備えており、圧縮機１２の本体となるケーシング１４がギアケース１６に固定されている。ケーシング１４内は空気通路１８、圧縮室２０、ギア室２２に分割されており、空気通路１８の端部に吸込みフィルタ２４が接続されている。そして圧縮機１２には、ガスとして、例えば、大気が吸込みフィルタ２４、空気通路１８を介して圧縮室２０内に導入されるようになっている。圧縮室２０内には一対のスクリューロータとして雌ロータ２６と雄ロータ２８が非接触状態で回転自在に収納されている。雌ロータ２６は回転軸３０を介してタイミングギア３２に連結されており、雄ロータ２８は回転軸３４を介してタイミングギア３６に連結されている。タイミングギア３２とタイミングギア３６は互いに噛み合った状態で連結されている。また雄ロータ２８の回転軸３８は小径のギア４０を介して大径のギア４２に連結されており、ギア４２の中央部に固定された回転軸４４はベルト４６を介して電動機４８に連結されているとともに、ギア５０、５２回転軸５４を介してオイルポンプ５６に連結されている。電動機４８は、例えば、三相誘導電動機で構成されており、インバータ８８の制御により回転速度（回転数）が制御されるようになっている。
【００２２】
そして、電動機４８が回転駆動されると、電動機４８の回転駆動力がベルト４６、回転軸４４、ギア４２、４０、回転軸３８を介して雄ロータ２８に伝達され、雄ロータ２８が回転するとともに、雄ロータ２８の回転とともにタイミングギア３６が回転し、タイミングギア３６と噛み合うタイミングギア３２が回転することで雌ロータ２６が回転するようになっている。雌ロータ２６と雄ロータ２８は無給油状態で且つ非接触状態で回転するようになっており、雌ロータ２６と雄ロータ２８の外周側には容積が変化するガス通路（空気通路）としての溝が形成されている。そして、雌ロータ２６と雄ロータ２８が互いに回転するに伴って、ガス通路内に導入された空気が順次圧縮され、圧縮された空気が吐出口５８から吐出されるようになっている。吐出口５８に吐出される空気は、通常、設定圧力の０．６９ＭＰａまで圧縮され、その温度は、例えば３５０℃程度になっている。なお、各回転軸３０、３４、３８は軸受６０によって回転自在に軸支されているとともに、これら回転軸３０、３４、３８の回りには軸封装置６２が設けられ、圧縮室２０内にオイルが入り込むのを阻止するようになっている。また各ギア３２、３６、４０、４２、５０、５２には、ギアケース１６内のオイルがオイルポンプ５６の駆動に伴って、オイルクーラ６４、オイルフィルタ６６を介して供給されるようになっている。
【００２３】
圧縮機１２の吐出口５８には吐出空気配管６８が接続されており、吐出空気配管６８の管路端は負荷側のエアタンクに接続されている。吐出空気配管６８の管路途中には、圧縮空気を冷却する一次冷却器としてのプレクーラ７０と、プレクーラ７０によって冷却され圧縮空気をさらに冷却する二次冷却器としてのアフタクーラ７２が設けられている。さらにプレクーラ７０とアフタクーラ７２との間の管路には空気の戻りを阻止する逆止弁７４が設けられている。プレクーラ７０と逆止弁７４との間の吐出空気配管６８には、この吐出空気配管６８から分岐した配管７６が接続され、配管７６の管路端には配管７６と大気とを結ぶ管路を開閉する放気電磁弁７８が設けられ、放気電磁弁７８には放気サイレンサ８０が接続されている。
【００２４】
また、アフタクーラ７２下流の吐出空気配管６８には吐出空気配管７８内の吐出圧力を検出する圧力センサ８２が設けられているとともに、吐出空気配管６８内の圧力が吹き出し圧力になったときに吐出空気配管６８内の圧縮空気を大気に開放する安全弁８４が設けられている。圧力センサ８２の出力は制御装置８６に入力されている。制御装置８６は、圧力センサ８２の検出による吐出圧力と設定圧力や上限圧力とを比較し、比較結果にしたがった制御信号をインバータ８８に出力するとともに、圧力センサ８２の検出圧力が上限圧力に達したときに、放気電磁弁７８に対して開弁指令を出力するようになっている。すなわち、制御装置８６は、放気電磁弁７８を閉弁状態から開弁状態に制御する放気弁制御手段として構成されている。
【００２５】
一方、インバータ８８は、例えば、三相交流電源からの三相交流を直流に変換するコンバータ部と、コンバータ部の出力を三相交流に変換するインバータ部とを備えており、制御装置８６からの制御信号に基づいて、コンバータ部とインバータ部の各スイッチング素子がスイッチング動作すると、各スイッチング素子のスイッチングタイミングに従って出力周波数と出力電圧が制御されるようになっている。インバータ８８の出力周波数が変化すると、出力周波数の変化に応じて電動機４８の回転速度（回転数）が変化するようになっている。すなわち、インバータ８８は、制御装置８６とともに、圧力センサ８２の検出出力に基づいて電動機４８の回転数を制御する回転数制御手段として構成されている。
【００２６】
具体的には、負荷の状態を圧力センサ８２の検出出力によって監視し、タンク（吐出空気配管６８の管路端に接続されたタンク）内の空気の消費に伴う消費空気量（消費ガス量）が仕様吐出空気量（仕様吐出ガス量）の１００％と設定吐出空気量比（設定消費ガス量比）、例えば、３５％との間の領域では圧力センサ８２の検出出力に応じて、圧縮機１２の吐出圧力を設定圧力に保つ回転数に電動機４８を制御し、圧縮機１２の吐出空気量が設定空気量比以下の領域では、設定吐出空気量比に対応した回転数以下の回転数に電動機４８を制御するようになっている。
【００２７】
次に、スクリュー圧縮機１０の運転制御方法を図２および図３にしたがって説明する。
【００２８】
まず、仕様吐出空気量（定格吐出空気量＝消費空気量）に対して約３５％から１００％の空気量の運転範囲では、圧力センサ８２の検出出力に基づいて制御装置８６、インバータ８８により、電動機４８の回転周波数をｆ１からｆｍａｘの範囲で変えながら、圧縮機１２の吐出圧力を設定圧力Ｐ０、例えば０．６９ＭＰａに保つ回転数制御を行う。すなわち、負荷で消費される空気量が少なくなったときに、一定の回転数で電動機４８を運転すると、吐出圧力が設定圧力Ｐ０よりも高くなるため、電動機４８の回転数を下げて吐出圧力を設定圧力Ｐ０に維持する制御を行う。
【００２９】
一方、消費空気量が仕様吐出空気量の約３５％以下になったときには、電動機４８の回転周波数を圧力一定制御の下限周波数であるｆ１に固定する。消費空気量が消費空気量比３５％以下の低負荷領域でも圧力を一定に保ったまま回転数を下げる運転を行なうと、圧縮空気１２内において押し退け空気量に対する内部空気漏れ量の比が増大し、圧縮室２０内において上流側に漏れた空気が再圧縮されて圧縮機１２内の温度が上昇する。
【００３０】
このため本実施形態においては、図２に示すように、ｆ１の回転数で一旦固定し、吐出圧力が上限圧力Ｐ１（０．７１ＭＰａ）に達したときには、放気電磁弁７８を閉弁状態から開弁状態に制御し、吐出圧力を減圧することにより、圧縮室２０内の温度を低下させ、無負荷運転に移行する。この無負荷運転を継続した後、消費空気量が約３５％の消費空気量比となったときには、電動機４８の回転周波数をｆ１よりも高い周波数に変更する。
【００３１】
このような制御を行うと、図３の特性Ｂで示すように、無負荷運転に伴って消費動力を低減することができる。なお、特性Ａは、回転数制御を行わない従来方式による無給油式スクリュー圧縮機の消費動力特性を示す。特性Ａ、Ｂから、特性Ｂにしたがった制御を行うことで、従来方式に比べて、消費動力比を１５％以上低減することができる。
【００３２】
さらに、放気電磁弁７８を開いて無負荷運転に移行したときに、電動機４８の回転周波数をｆ１から設定最低周波数（設定最低回転数）ｆ０まで減速する所謂２段階減速制御による無負荷運転を行うと、図３の特性Ｃで示すように、無負荷運転時の消費動力をさらに低減することができる。
【００３３】
２段階減速制御による無負荷運転を行うと、消費空気量比０％のときを基準として、特性Ａで示す従来の方式に対して約１／４の消費動力となり、特性Ｂによる１段階減速制御による無負荷運転のときよりも約１／２以下の消費動力となる。
【００３４】
このように、本実施形態においては、電動機４８を回転周波数（回転数）ｆ１で運転しているときに、吐出圧力が上限圧力Ｐ１を超えたときに放気電磁弁７８を開いて無負荷運転に移行するようにしたため、圧縮室２０内の温度が高くなるのを抑制することができるとともに消費動力を低減することができる。さらに、電動機４８の回転周波数をｆ１からｆ０に低下させる２段階減速制御を行うことで、無負荷運転時における消費動力をさらに低減することができる。また、低負荷領域において、減速運転を行なうことで吸い込み空気量を減らすことができるので、スクリュー圧縮機１２の入口側に吸込絞り弁を設置することなく、２段階減速制御を行うことができる。
【００３５】
次に、本発明の第２実施形態を図４にしたがって説明する。
【００３６】
本実施形態は、圧縮機１２のケーシング１４と一体に形成されたケーシング９０を吸込みフィルタ２４に接続し、ケーシング９０内に吸込み絞り弁９２を配置するとともに放気弁９４を配置し、吸い込み絞り弁９２と放気弁９４とを連結軸９６を介して互いに連結し、吸い込み絞り弁９２と放気弁９４を連結軸９６によって互いに連動させて開閉弁作動を行うとともに、三方電磁弁９６、９８、１００を設け、アフタクーラ９２下流側の吐出空気配管６８からの圧縮空気をフィルタ１０２を介して取り込み、この圧縮空気を駆動圧として三方電磁弁９６、９８、１００を介してケーシング９０内の吸込み絞り弁９２の下流側、吸込み絞り弁９２と放気弁９４との間、放気弁９４の上流側に送給するようにしたものである。
【００３７】
なお、三方電磁弁９６、９８、１００は制御装置８６によって弁の開閉が制御されているようになっており、放気弁９４は配管７６に接続され、放気弁９４に隣接してケーシング９０には配管９６からの空気を大気に開放するとともに異常を報知するための放気サイレンサ１０４が設けられている。
【００３８】
本実施形態においては、空気量が仕様吐出空気量に対して、約３５％から１００％の運転範囲では、吸込み絞り弁９２が開かれ、配管７６の管路端が放気弁９４によって閉塞された状態で（なお、図では吸込み絞り弁９２が閉じられ、放気弁９４が開かれた状態を示している）、吐出圧力を設定圧力Ｐ０に維持するための回転数制御が行われる。一方、消費空気量が仕様空気量の約３０％以下の運転範囲では、電動機４８の回転周波数がｆ１に維持された運転が行われるとともに、吐出圧力が上限圧力Ｐ１に到達すると、吸込み絞り弁９２を閉塞すると同時に、放気弁９４を開いて吐出圧力を減圧したあと、電動機４８の回転周波数を設定最低回転周波数ｆ０まで下げる減速運転に移行する。
【００３９】
本実施形態においては、低負荷領域において無負荷運転に切り替えることで圧縮室２０内の温度を低下させるとともに無負荷運転時の消費動力をさらに低減することができる。
【００４０】
次に、本発明の第３実施形態を図５にしたがって説明する。
【００４１】
本実施形態は、図１に示す放気電磁弁７８と並列に、放気電磁弁１０６を設けたものであり、他の構成は図１と同様である。なお、放気電磁弁１０６は、配管７８よりも管路径の小さい配管１０８の管路途中に設けられており、制御装置８６からの指令にしたがって弁の開閉動作が制御されるようになっている。
【００４２】
放気弁１０６は、運転状態、回転周波数に関係なく、安全弁８４の吹き出し圧力よりも低い圧力で放気するようになっている。例えば、放気弁１０６の放気圧力をＰ３とした場合、Ｐ３は図２に示す上限圧力Ｐ１に等しいか、あるいは上限圧力Ｐ１よりも大きく安全弁８４の吹き出し圧力Ｐ４よりも低い値に設定されている。
【００４３】
放気弁１０６は、吐出空気配管８６内の吐出圧力が高まり、安全弁８４が作動する前、すなわち仕様吐出空気量以下で放気するため、起動時など吐出側機器（負荷）のバルブが全閉のような急激な圧力上昇が起こり得る場合においても、放気弁１０６が開くことで、アフタクーラ７２下流側の吐出空気配管６８内の吐出圧力が圧力Ｐ３を超えることはなく、圧縮室２０内の温度を限界点以下にすることができるとともに、微小なディファレンシャルでの吐出圧力制御が可能になる。
【００４４】
本実施形態においても、図１に示す実施形態と同様に、低負荷領域で電磁弁７８を開いて無負荷運転に切り替えているため、圧縮室２０内の温度を低下させるとともに無負荷運転時の消費動力をさらに低減することができる。さらに、吐出空気配管８６内の吐出圧力が高まっても安全弁８４が作動する前に放気弁１０６により放気することができ、圧縮室２０内の温度を限界点以下にすることが可能になる。
【００４５】
次に、電動機４８の回転数を設定最低回転周波数ｆ０にした後の制御を図６にしたがって説明する。回転周波数ｆ１で電動機４０を運転し、吐出圧力が設定圧力Ｐ０から上限圧力Ｐ１に上昇したときに、放気電磁弁７８を開いて吐出圧力を減圧するとともに回転周波数をｆ１からｆ０まで下げる減速制御による無負荷運転を行い、回転周波数ｆ０に固定したままの運転を継続し、すなわち吐出圧力がＰ０まで降下するまで回転周波数をｆ０に固定し、吐出圧力がＰ０となったときに、無負荷運転のまま回転周波数をｆ１まで増速し、回転周波数ｆ１で空気電磁弁７８を閉じて吐出圧力を設定圧力Ｐ０に保持する制御を実行すると、回転周波数をｆ０〜ｆ１に増速する時間ΔＴがタイムラグとして生じ、吐出圧力は、この間、Ｐ１とＰ０−ΔＰの間なる（特性Ｄで示すような回転数の変化となる）。
【００４６】
そこで、−ΔＰをなくすために、特性Ｅに示すように、吐出圧力が上限圧力Ｐ１に到達したときに回転周波数をｆ１からｆ０まで減速する制御を行った後、吐出圧力がＰ１からＰ０に降下するのに応じて、無負荷運転のまま回転周波数を高くする増速運転として、吐出圧力がＰ０で回転周波数がｆ１となるような増速制御を行う。このような制御を行うことで、回転周波数がｆ０からｆ１まで増速する間のタイムラグΔＴがなくなるとともに、圧力降下ΔＰがなくなり、無負荷運転から回転数制御に移行したときに、吐出圧力を設定圧力Ｐ０に即座に保持することができる。
【００４７】
次に、無給油式スクリュー圧縮機１２の低回転時における給油方式について説明する。無給油式スクリュー圧縮機１２は、図１に示すように、電動機４８に連動するオイルポンプ５６の作動にしたがってタイミングギア３２、３６、軸受６０などに供給されるようになっており、圧縮室２０内には、軸受６０に給油されたオイル（潤滑油）が圧縮室２０内に侵入しないように軸封装置６２が設けられている。この軸封装置６２の内側には溝がねじ状に加工されており、ロータ２６、２８の回転により、軸封装置６２内に圧力を発生させて、オイルを押し戻す構造となっている。
【００４８】
ところが、電動機４８の回転数の低下に伴って圧縮機１２の回転数が低下すると、軸封装置６２の発生圧が低下し、オイルを押し戻す力が低下する。このため、電動機４８の低回転時においても、一定圧のオイルを軸受６０などに供給すると、軸封装置６２の圧力の低下に伴って圧縮室２０内にオイルが侵入する恐れがある。
【００４９】
しかし、本実施形態においては、電動機４８と連動してオイルポンプ５６が回転するため、電動機４８の低回転時には、オイルポンプ５６も低回転状態となり、軸受６０などへの給油圧力、給油量を減少させることで、低回転時に圧縮室２０内にオイルが侵入するのを防止することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、消費ガス量が設定消費ガス量比以下の領域となる低負荷領域では、設定消費ガス量比に対応した回転数以下の回転数で電動機が制御されるとともに、圧力センサの検出出力が上限圧力に達したときには放気弁が閉弁状態から開弁状態に制御されて無負荷運転が行われるため、圧縮機の温度を低下させるとともに無負荷運転時の消費動力を低減することができる。さらに、低負荷領域における無負荷運転時に電動機の回転数を設定最低回転数まで下げる減速運転を行うことで、無負荷運転時の消費動力をさらに軽減することが可能になる。また、低負荷領域において、放気に伴う減速運転を行なうことで、圧縮機に対する吸込量を減らすことができるので、圧縮機への空気量を制御するための吸込絞り弁の省略が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すスクリュー圧縮装置の全体構成図である。
【図２】吐出空気量比に対する吐出圧力と電動機の回転周波数との関係を示す特性図である。
【図３】吐出空気量比と消費動力比との関係を示す特性図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示すスクリュー圧縮装置の全体構成図である。
【図５】本発明の第３実施形態を示すスクリュー圧縮装置の全体構成図である。
【図６】本発明に係るインバータ駆動型無給油式スクリュー圧縮機の時間に対する吐出圧力と電動機の回転周波数の変化を示す特性図である。
【符号の説明】
１０スクリュー圧縮装置
１２スクリュー圧縮機
１４ケーシング
１８空気通路
２０圧縮室
２２ギア室
２４吸込みフィルタ
２６雌ロータ
２８雄ロータ
３２、３６タイミングギア
４８電動機
５６オイルポンプ
５８吐出口
６０軸受
６２軸封装置
６４オイルクーラ
６８吐出空気配管
７０プレクーラ
７２アフタクーラ
７４逆止弁
７８放気電磁弁
８０放気サイレンサ
８２圧力センサ
８４安全弁
８６制御装置
８８インバータ

Claims

ケーシング内に回転自在に収納された雄ロータと雌ロータとの間に容積が変化するガス通路が形成されたスクリュー圧縮機を電動機に連結し、前記圧縮機の負荷の状態を前記圧縮機の吐出圧力により監視し、前記負荷に応じて前記電動機の回転数をインバータによって制御し、前記電動機の回転駆動に応じて前記圧縮機の回転数を無給油状態で変速し、前記圧縮機のケーシング内に導入されたガスを前記圧縮機で圧縮して負荷に吐出するに際して、消費ガス量が仕様吐出ガス量の１００％と設定消費ガス量比との間の領域では前記負荷に応じて前記圧縮機の吐出圧力を設定圧力に保つ回転数で前記電動機を運転し、消費ガス量が前記設定消費ガス量比以下の領域では、前記設定消費ガス量比に対応した回転数で前記電動機を運転するとともに、この運転中に前記圧縮機の吐出圧力が上限圧力に達したときには前記圧縮機の吐出ガスを放気する容量制御を実行し、かつ消費ガス量が前記設定消費ガス量比となるまでは前記設定消費ガス量比に対応した回転数よりも低い回転数で前記電動機を運転することを特徴とするスクリュー圧縮装置の運転制御方法。
前記電動機を前記設定消費ガス量比に対応した回転数よりも低い回転数でパージ運転しているときに、消費ガス量が前記設定消費ガス量比となる前に前記電動機の回転数を前記低い回転数よりも高い回転数に変更することを特徴とする請求項１に記載のスクリュー圧縮装置の運転制御方法。
前記電動機を前記設定消費ガス量比に対応した回転数よりも低い回転数で放気運転するときに、前記電動機を設定最低回転数まで減速し、消費ガス量が前記設定消費ガス量比となるまで前記電動機の回転数を前記設定最低回転数に維持し、その後設定消費ガス量比になった場合は前記電動機を前記設定消費ガス量比に対応した回転数まで加速した後、放気を停止することを特徴とする請求項１に記載のスクリュー圧縮装置の運転制御方法。
前記圧縮機の吐出ガスを放気するときの上限圧力は前記圧縮機の出口側に接続された安全弁の吹出し圧力よりも低い圧力に設定されていることを特徴とする請求項１、２または３のうちいずれか１項に記載のスクリュー圧縮装置の運転制御方法。
ケーシング内に回転自在に収納された雄ロータと雌ロータとの間に容積が変化するガス通路が形成された圧縮機と、前記圧縮機を回転駆動する電動機と、前記圧縮機の吐出圧力を検出する圧力センサと、前記圧縮機に接続された吐出ガス配管と大気とを結ぶ管路を開閉する放気弁と、前記圧力センサの検出出力に基づいて前記電動機の回転数を制御する回転数制御手段と、前記圧力センサの検出出力と回転数に従って前記放気弁の開閉を制御する放気弁制御手段とを備え、前記圧縮機は、前記ケーシング内に導入されたガスを圧縮して前記吐出ガス配管に吐出してなり、
前記放気弁制御手段は、前記圧力センサの検出圧力が上限圧力に達したときには前記放気弁を閉弁状態から開弁状態に制御してなり、
前記回転数制御手段は、消費ガス量が定格吐出ガス量の１００％と設定消費ガス量比との間の領域では前記圧力センサの検出出力に応じて前記圧縮機の吐出圧力を設定圧力に保つ回転数に前記電動機を制御し、消費ガス量が前記設定消費ガス量比以下の領域では、前記設定消費ガス量比に対応した回転数に保ち、前記放気弁が開弁状態となったときには、前記設定消費ガス量比に対応した回転数よりも低い回転数に前記電動機を制御してなるスクリュー圧縮装置。