專利名稱：注水式渦旋空氣壓縮機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及壓縮空氣的渦旋壓縮機，特別是涉及在壓縮室內注入水的方式的注水式渦旋壓縮機。
背景技術：
作為使一般產業(yè)用的空氣壓縮機的能量效率提高的方法，已知有在吸入至壓縮機主體的內部的空氣中混入油和水，一起壓縮的油冷式和注水式壓縮機。油和水具有對壓縮室與其他空間連接的狹小縫隙進行密封且降低內部泄露的效果，和吸收壓縮熱且在降低壓縮動力的同時防止壓縮機部件的熱變形的效果，每個效果都具有提高能量效率的作用。雖然油冷式從長期的實際業(yè)績信賴性較佳，但是由于留有對在供給的排出空氣中殘留的零星的油的成分的擔心，食品和半導體等即使是微少的油分，也不能在不允許其存在的用途中使用。注水式是在供給空氣中不混入油分的方式，由于與油相比需要針對生銹和腐蝕、潤滑不良等的對策，因而與油冷式相比普及得較慢。但是，由于對于不含油分的潔凈空氣的市場需求，近年來注水式空氣壓縮機的開發(fā)變得盛行，關于螺旋空氣壓縮機記載在第一公開例即日本特開2009-180099號公報中。使渦旋空氣壓縮機為注水式的考慮方法，記載在作為第二公開例的日本特開 1998-128395號公報中。另外，關于通過在渦旋空氣壓縮機中通過注入水提高效率的試驗結果，在下述第三公開例的論文中有論述。專利文獻1 日本特開2009-180099號公報專利文獻2 日本特開1998-U8395號公報非專利文獻 1 :Performance of oil-free scroll-type air compressors,作者 T Yanagisawa, M Fukuta, and Y Ogi (Shizouka University)登載論文集Proceedings of International Conference on Compressors and Their Systems 論文 i只另lj 號石馬 IMechE 1999 C542/088 發(fā)行年份1999 年 9 月出版學會 institution of Mechanical Engineers (英國機械學會)，略稱IMechE

發(fā)明內容
然而，在上述的專利文獻1 2以及非專利文獻1中，關于對在壓縮機中注入水時由水引起的生銹和腐蝕、液體壓縮等問題，針對維持長期的信賴性并進行運轉的方法并沒有公開。特別是，在使無油渦旋壓縮機為注水式的情況下，存在以下三個課題，與螺旋式相比產品化沒有進展。(1)從為了對旋轉運動的偏心質量獲得平衡的平衡質量的尺寸的限制和放熱特性出發(fā)，由于在渦旋母材中使用密度較小且熱傳導率優(yōu)良的鋁合金，所以擔憂在注入水時母材的腐蝕。(2)由于壓縮室沿著渦旋卷體從外周向著中心部半徑變小的同時在徑向方向上移動，注水的自身成為不確定的不平衡的主要原因，從而擔憂振動，噪音的增加。(3)在壓力、溫度升高的中心部的卷體的強度上裕度變小，注入水被液壓縮時，有可能導致卷體破損。在上述的背景下，特別是本發(fā)明想要解決的課題為以下內容。(4)若在起動時在壓縮室內殘存有水，由于因液體壓縮引起的過大的扭矩產生起動不良，由于熱的過渡狀態(tài)在渦旋卷體之間產生接觸，產生不平衡，造成振動增加。(5)若在停止時在壓縮室內殘存有水，例如在由鋁合金制作的旋轉渦旋和固定渦旋上可能發(fā)生腐蝕。(6)若由于被壓縮的空氣的高溫使壓縮機內部的水蒸發(fā)，則水槽內壓力會急劇上升，造成運轉的不穩(wěn)定。另外，可能在蒸發(fā)時導致配管系統(tǒng)和槽等的破損。本發(fā)明能夠解決上述的任何一個課題。為了解決上述課題，本發(fā)明的注水式渦旋壓縮機包括壓縮機主體，包括具有螺旋狀的卷體的旋轉渦旋部件以及具有與所述旋轉渦旋部件相應的大致旋渦狀的卷體的固定渦旋部件；驅動裝置，產生用于使所述旋轉渦旋部件相對所述固定渦旋部件進行旋轉運動的驅動力；具有從吸入口開始至排出口為止的壓縮路徑并向所述壓縮路徑內注入水的單元；從所述壓縮機主體排出的空氣的排出配管；設置在所述排出配管的路徑中，存積從壓縮空氣分離出的水的槽；和設置在所述槽和所述壓縮機主體之間的所述排出配管的路徑中，對所述壓縮機主體排出的壓縮空氣進行冷卻的冷卻器。在上述的本發(fā)明的渦旋壓縮機中，更加優(yōu)選以下方式。(1)對在所述壓縮路徑內注入水的運轉和不注入水的運轉進行切換來控制運轉的渦旋壓縮機。(2)冷卻器在無注入的運轉中對所述壓縮機排出的空氣進行冷卻，而在注水運轉中對所述壓縮機主體排出的空氣和水的混合流體進行冷卻。(3)在所述冷卻器的下游側，將在所述冷卻器冷卻的空氣和水的混合流體進行分
1 O(4)槽為能夠將水和空氣分離的分離槽。(5)壓縮機主體包括共計兩個的具有一個所述旋轉渦旋和一個所述固定渦旋的壓縮機構，雙方的旋轉渦旋在同一部件上背對背地形成渦旋狀的卷體，該旋轉渦旋部件通過設置在比卷體外周的更靠外側的同步轉動的兩個偏心軸驅動，其偏心軸被配置為大致水平，對于無注水運轉的熱變形和氣壓變形，旋轉渦旋和固定渦旋的卷體之間的間隙形成為使互相不接觸。(6)由鋁合金構成所述旋轉渦旋和固定渦旋的母材。采用本發(fā)明，通過適當地實施無注水運轉，因為能夠將殘留在壓縮室內的水分除去，所以能夠防止由于注入等引起的起動不良和在停止時渦旋母材腐蝕的不適。另外，因為能夠防止由于無注水運轉的水分離槽內滯留水的蒸發(fā)引起的減少和水分離槽內壓力的急劇上升，所以能夠穩(wěn)定地運轉壓縮機。


圖1是本發(fā)明的實施方式的裝置結構圖。
圖2是本發(fā)明的實施方式的渦旋壓縮機的截面圖。圖3是本發(fā)明的實施方式的渦旋壓縮機的俯視圖。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施方式如下。首先，本實施方式的渦旋壓縮機，包括具有螺旋狀的卷體的旋轉渦旋部件，具有與旋轉渦旋部件的卷體對應的大致旋渦狀的卷體的固定渦旋部件，和產生用于使旋轉渦旋部件相對固定渦旋部件進行旋轉運動的驅動力的驅動裝置(電動機100)；具有從吸入口開始至排出口為止的壓縮路徑，采用將水注入至該壓縮路徑內的方式。具體的起動是，在不進行注水的情況下開始運轉(以后稱為「無注水運轉」)，運轉開始經過一定時間之后開始注入水(以后稱為「注水運轉」)的方式。另外，如后文所述，對無注水運轉和注水運轉適當地進行切換?？刂葡到y(tǒng)具有至少對壓縮路徑排出的壓縮氣體的溫度和壓力中的一個進行檢測的單元，還有，對運轉時間進行運算。通過這些條件，若進行注水/無注水的切換，能夠以簡單的結構進行控制。例如(1)實施在停止電動機的同時停止注入水，或在停止之前進行停止注入水的無注水運轉。(2)通過使用了運轉中的壓力、溫度、運轉時間的至少一個的參數的運算結果，停止或減少向壓縮路徑內注入水。(3)對管路壓力進行檢測，根據該值和變化量對壓縮機自動停止的情況進行預測， 在壓縮機停止之前停止注入水。這時，也可以將注入水根據壓力的值和變化量漸漸地減少注入水的量。(4)與上述(3)的預測相反，管路壓力急劇下降，壓縮機未自動停止時，通過另行決定的壓力或經過一些時間后再開始注水運轉。(5)當無外部空氣而槽排出壓力急劇變動時，可以經常停止水。通過實施(1) (5)等的控制，能夠實現優(yōu)選的運轉狀態(tài)。由于這些在停止時，壓縮室內無水，能夠避免渦旋母材的腐蝕和啟動時的不適。特別是渦旋母材為鋁合金時，裝置的耐腐蝕性變高。為了實現更合適的控制，基于以下的理由優(yōu)選具有可變速驅動器。例如，由于排出壓力的上升，在壓縮機運轉中停止注入水變?yōu)闊o注水運轉、在對壓縮室內進行干燥之后停止發(fā)動機的情況下，考慮到在壓縮室未充分干燥時壓力超過設定的上限壓力，會使安全閥動作或熱動繼電器等的保護裝置動作。另外，為了避免這些情況，在壓縮室內未充分干燥時將壓縮機停止。在發(fā)明者們的研究中，為了使壓縮室干燥需要大約一分鐘的干燥運轉，例如以壓縮流體作為空氣，現在標準的使用的壓縮機和空氣槽的組合(在吸入狀態(tài)下換算，對于Im3Aiin的排出量的壓縮機大約0. 1 0. 2m3的空氣槽)，卻不能確保充分的干燥時間。而且，通過使用可變速驅動器，在壓縮流體的使用率、即裝置的負荷率較低時，降低電動機的轉數以盡可能不停止壓縮機的方式進行控制，并可以進行相應于空氣使用率的節(jié)能運轉。
另外，為了進一步有效地在干燥狀態(tài)停止壓縮機，在電動機轉數降低一定程度之后時，可以停止注入水成為無注水運轉。在上述中，也可以并用空載運轉。例如，在作為壓縮機空氣的路徑的排出配管上具備逆止閥或保壓閥，在運轉中停止向所述壓縮路徑內注入水之后，將逆止閥或保壓閥的一側(上游側)的空氣放氣至大氣并繼續(xù)運轉(以后為「無注水空載運轉」)。由此，使上述的保護裝置不動作而無注水運轉成為可能，另外，在無注水運轉中壓縮空氣使用量增加的情況下，通過停止放氣，能夠再次進行供給壓縮空氣，另外，還有在壓縮空氣使用量增加的情況下，也能夠再開向壓縮室內注入水。還有，通過在壓縮機吸入一側具備吸入節(jié)流閥，可以進行更加優(yōu)選的控制。因為在壓縮機停止前的無注水運轉時，通過關閉該吸入節(jié)流閥使壓縮室內變?yōu)樨搲?，從而能夠更加快速地使壓縮室內干燥。在關閉吸入節(jié)流閥時，若實施所述的放氣，則壓縮比降低、動力降低、能夠降低排出溫度。在上述的結構和控制中，放氣的空氣有可能含有水分。因此，在放氣前，通過利用水分離器能夠保護壓縮機裝置周邊。另外，開始無注水運轉的壓力可以是作為控制壓力的上限壓力，或設定為比上限壓力低。另外，在上述中，容量控制時、即相應于管道壓力的自動停止時，同時執(zhí)行注水和發(fā)動機的停止，僅在與來自使用有壓縮空氣的現場的停止指示、由于臺數控制的停止指示、 由于流程運轉的停止指示等管道壓力的變動未必連接的停止時，若實施無注水運轉，能夠更加節(jié)能。在本實施方式的渦旋壓縮機中，為了對應于兩種運轉條件(注水運轉、無注水運轉)，優(yōu)選在渦旋壓縮機主體和水分離槽之間設置后冷卻器，在無注水運轉時在后冷卻器將壓縮空氣溫度(大約200°C )冷卻至低于100°C，是滿足本實施方式的特征的結構。采用該結構，能夠防止由于配置在后冷卻器的次級(下游側)的水分離槽內滯留的注水的蒸發(fā)導致的減少、及由于注水的蒸發(fā)導致的水分離槽內壓力的急劇上升，從而能夠穩(wěn)定地運轉。另外，在注水運轉時，對于吸入空氣量，通過后冷卻器對最少量的注水和壓縮空氣的混合流體有效地進行冷卻，使注水運轉變?yōu)榭赡?。這個例子是在注水量可以是非常少的渦旋壓縮機所特有的結構。以下，用圖對本發(fā)明的具體的實施例進行說明。圖1是表示本實施例的注水式渦旋壓縮機的全體結構的系統(tǒng)圖，表示本發(fā)明的實施方式。圖2是渦旋空氣壓縮機主體的平面截面圖，圖3是渦旋壓縮機主體的側面截面圖。在對全體結構進行說明之前用圖2和圖3，針對渦旋壓縮機主體1的結構進行說明。渦旋壓縮機主體1包括左右兩個渦旋機構2、3，各渦旋機構由旋轉側卷體和固定側卷體以及相當于那些卷體的底面的鑲板構成。左右兩個旋轉側卷體是在同一個旋轉渦旋 5上背靠背形成的部件，在兩個卷體鑲板上夾著的旋轉渦旋5的中央部設置有使冷卻風通過的貫通孔6。與旋轉渦旋5的卷體嚙合的固定側卷體形成在左側的固定渦旋7和右側的固定渦旋8的內側，這兩左右固定渦旋是在外周的結合部9通過螺栓結合而成為壓縮機主體1的外殼。設置在兩固定渦旋7，8的內側的卷體的正相對面的表面上形成冷卻片11，12。旋轉渦旋5在卷體的外周，隔著軸承由主軸13和副軸14的偏心部支撐。兩個軸的偏心量形成有相同且平行的四個連桿機構。主軸13和副軸14通過軸承被支撐在外殼上， 通過在其端部設置的同步用皮帶輪上的同步皮帶15的運轉同步轉動。本實施方式的驅動裝置中采用電動機100 (圖1)，主軸13通過驅動用皮帶輪16上的皮帶17接受來自電動機 100的輸出軸的動力。在兩固定渦旋7，8的卷體的很近的外側設置將壁面貫通的吸入口 18，19。由于吸入口在單側配置有兩個，所以左右共計四個。從外部通過吸入口 18，19連接到外殼內部的流路，繼續(xù)至防塵罩20的內側為止，連接至將卷體包圍的外周室M。防塵罩20伸出至左右的固定渦旋7,8的內側安裝在將卷體包圍的圓筒狀壁的頂端，在旋轉渦旋5的鑲板的外周附近滑動。安裝防塵罩20的目的是防止異物侵入壓縮室。在左右各自的卷體的中央設置有排出口 21、22，其將固定渦旋7，8貫通使最終階段的壓縮室和外部連通。為了獲得左右壓縮室的平衡，設置將旋轉渦旋5的中央部貫通并連通兩個排出口 21，22的管路。通過上述結構，通過電動機100旋轉渦旋5旋轉，從吸入口 18、19吸入的空氣在渦旋機構2、3被壓縮。被壓縮的空氣從排出口 21，22排出，經過后述的流路向外部供給。用圖1對本發(fā)明的結構和作用進行說明。渦旋壓縮機主體1是將具有旋渦狀的卷體的渦旋部件進行組合的結構，例如能夠從空氣吸入口吸入空氣的同時向壓縮室內注入水的結構。另外，渦旋壓縮機主體1被構成為，即使無注水也能運轉的、還有對于吸入空氣量通過最少量的注水能夠進行高效率的注水運轉的最適間隙。圖1中壓縮空氣(或者和注入的水的混合流體)的排出配管由實線表示，注入水的配管由虛線表示。如圖1所示，在排出配管的路徑中設置有對從壓縮空氣中分離出的水進行存積的槽(105)，在該槽(10 和壓縮機主體1之間的排出配管的路徑中配置有冷卻器 (104)。冷卻器(稱為后冷卻器)，在無注水運轉中對壓縮機主體1排出的空氣進行冷卻，注水運轉中對壓縮機主體1排出的空氣和水的混合流體進行冷卻。因此，在后冷卻器104的下游側，冷卻的空氣和水的混合流體被分離。雖然槽是存積有被分離的水的裝置，但是在本實施方式中，是兼有水分離機能的分離槽。由此，以簡單的結構構成能夠進行水的分離和存積的結構。以下為被壓縮的流體的流動。渦旋壓縮機主體1的吸入側是吸入過濾器101，在該次級(下游側)可以有容量調整用的吸入節(jié)流閥102。在注水運轉時，在渦旋壓縮機主體1壓縮的空氣和注入水的混合流體通過主體逆止閥103，在后冷卻器104被冷卻之后，流入水分離槽105。在水分離槽105被分離為注入水和壓縮空氣，注入水被回收至水分離槽105內，壓縮空氣通過保壓逆止閥106，由要求露點的方法通過干燥機117被排出。在此使用的渦旋壓縮機主體1具備對吸入空氣量以最少量的注水得到高效率的注水機構，沒必要設置用于對因為注水量少通過壓縮熱導致溫度上升的注水進行冷卻的特別的水冷卻器，注水以能夠在壓縮空氣冷卻用的后冷卻器104與壓縮空氣同時進行冷卻的方式構成。無注水運轉時，雖然渦旋壓縮機主體1的排出流體溫度超過大氣壓下的水的沸點大約為200°C，但是通過在渦旋壓縮機主體1和水分離槽105之間配置后冷卻器104并將后冷卻器104的出口流體溫度冷卻至大氣壓下水的沸點以下低于100°C，后冷卻器104的次級的水分離槽105內的滯留水是沸點以上的溫度，能夠防止蒸發(fā)，同時通過滯留水蒸發(fā)能夠防止水分離槽105內的壓力的急劇上升。渦旋壓縮機主體1的注入水的流動如下所述。通過將注入水相對吸入空氣量以最少量的注水得到高效率的方式進行控制的注水控制閥107的開關，使注入水注入至渦旋壓縮機主體1。注入水與被壓縮的流體一起通過主體逆止閥103，在后冷卻器104被冷卻，在水分離槽105被分離。被分離的水分在過濾機 108和水過濾器109被凈化，根據注水控制閥107的開關程度，再次向渦旋壓縮機主體1注入。驅動系統(tǒng)由電動機100的驅動力通過皮帶17對渦旋壓縮機主體1進行驅動。在控制盤113也可以內藏有可變速驅動器122，由此能夠調整電動機100的旋轉速度。放氣管道可以至少是以下的第一或第二中的一方，或者也可以沒有。第一放氣管道位于渦旋壓縮機主體1的次級(下游側)，為了對壓縮后的高溫流體進行放氣，利用后冷卻器104的排風等進行冷卻之后，通過水分離器114由放氣電磁閥115 進行放氣。第二放氣管道位于水分離槽105的次級，通過水分離器IM之后由放氣電磁閥125 進行放氣。放氣管道在水分離槽105的次級(下游側)的情況下，不需要后冷卻器逆止閥 116。另外，放氣管道可以在后冷卻器104和水分離槽105之間?？刂葡到y(tǒng)構成如下。若有可變速驅動器122則能夠控制電動機100的旋轉速度。在起動盤113上組裝有演算裝置123，其能夠對壓力傳感器118、119、溫度傳感器120、121的信號輸入和運轉時間、停止時間、來自可變速驅動器122指示的電動機100的轉數等進行演算，通過進行這些運算，能夠對電動機100的起動·停止、吸入節(jié)流閥102的開關、放氣電磁閥115、125的開關、注水控制閥107的開度調整、來自可變速驅動器122指示的電動機100的旋轉速度進行調整。壓力傳感器118、119和溫度傳感器120、121可以分別是壓力開關和溫度開關。采用本實施例，在一個壓縮機中能夠進行注水運轉和無注水運轉兩種運轉，通過適當地進行無注水運轉，能夠回避在壓縮機中注入水時由水引起的腐蝕、起動不良、卷體接觸等的問題，能夠長期地維持穩(wěn)定的運轉。
權利要求
1.一種注水式渦旋壓縮機，其特征在于，包括壓縮機主體，包括具有螺旋狀的卷體的旋轉渦旋部件和具有與所述旋轉渦旋部件相應的大致螺旋狀的卷體的固定渦旋部件；驅動裝置，產生用于使所述旋轉渦旋部件相對所述固定渦旋部件進行旋轉運動的驅動力；具有從吸入口開始至排出口為止的壓縮路徑并向所述壓縮路徑內注入水的單元； 從所述壓縮機主體排出的空氣的排出配管； 設置在所述排出配管的路徑中，存積從壓縮空氣分離出的水的槽；和設置在所述槽和所述壓縮機主體之間的所述排出配管的路徑中，對從所述壓縮機主體排出的壓縮空氣進行冷卻的冷卻器。
2.如權利要求1所述的注水式渦旋壓縮機，其特征在于所述注水式渦旋壓縮機是通過切換對所述壓縮路徑內注入水的運轉和不注入水的運轉來進行運轉控制的。
3.如權利要求2所述的注水式渦旋壓縮機，其特征在于所述冷卻器在無注入水運轉中對所述壓縮機主體排出的空氣進行冷卻，在注水運轉中對所述壓縮機主體排出的空氣和水的混合流體進行冷卻。
4.如權利要求3所述的注水式渦旋壓縮機，其特征在于在所述冷卻器的下游側，對已被所述冷卻器冷卻的空氣和水的混合流體進行分離。
5.如權利要求4所述的注水式渦旋壓縮機，其特征在于 所述槽是能夠分離水和空氣的分離槽。
6.如權利要求1所述的注水式渦旋壓縮機，其特征在于所述壓縮機主體包括共計兩個的具有一個所述旋轉渦旋和一個所述固定渦旋的壓縮機構，這兩者的旋轉渦旋在同一部件上背對背地形成有渦旋狀的卷體，該旋轉渦旋部件由設置在比卷體外周更靠外側的同步轉動的兩個偏心軸驅動，該偏心軸被配置為大致水平， 對于無注水運轉時的熱變形、氣壓變形，旋轉渦旋和固定渦旋的卷體之間的間隙以互相不會接觸的方式形成。
7.如權利要求1所述的注水式渦旋壓縮機，其特征在于 所述旋轉渦旋部件和固定渦旋部件的母材由鋁合金構成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種注水式渦旋壓縮機，其包括渦旋壓縮機主體(1)，產生用于使旋轉渦旋部件相對固定渦旋部件旋轉運動的驅動力的驅動裝置(100)，具有從吸入口開始至排出口為止的壓縮路徑并將水注入該壓縮路徑內的單元，從壓縮機主體(1)排出的空氣的排出配管，設置在排出路徑中的、存積從壓縮空氣分離出的水的槽(105)，和設置在槽(105)和壓縮機主體(1)之間的排出配管的路徑中、對壓縮機主體(1)排出的壓縮空氣進行冷卻的冷卻器104。采用本發(fā)明的注水式渦旋壓縮機，可以解決由于壓縮空氣的高溫使壓縮機內部的水蒸發(fā)造成水槽內的壓力急劇上升、運轉不穩(wěn)定的問題。
文檔編號F04C29/04GK102242708SQ201110039529
公開日2011年11月16日 申請日期2011年2月14日 優(yōu)先權日2010年5月10日
發(fā)明者川端夏樹, 椎木和明, 龜谷裕敬 申請人:株式會社日立產機系統(tǒng)