專利名稱：多級(jí)壓縮機(jī)裝置和調(diào)節(jié)這種多級(jí)壓縮機(jī)裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多級(jí)壓縮機(jī)裝置，該裝置包括至少兩臺(tái)由單獨(dú)的可調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的不同壓縮機(jī)組件，其中一個(gè)級(jí)的壓縮機(jī)組件的出口與后續(xù)級(jí)的后續(xù)壓縮機(jī)組件的進(jìn)口相連接。
與容積流量和壓力比相反，這種多級(jí)壓縮機(jī)裝置的質(zhì)量流量在多級(jí)的每一級(jí)都是恒定不變的。
由于不同的容積流量和不同的壓力比，因而每臺(tái)壓縮機(jī)組件的轉(zhuǎn)速也不相同，該轉(zhuǎn)速要由輸出壓力和最終容積流量來(lái)決定。
在一些已知的具有不同轉(zhuǎn)速的兩級(jí)壓縮機(jī)裝置中，驅(qū)動(dòng)兩級(jí)中的壓縮機(jī)組件的設(shè)備包括一臺(tái)大型標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)要借助于一個(gè)大型逆變器或頻率調(diào)節(jié)器來(lái)驅(qū)動(dòng)。
這種電機(jī)要借助一個(gè)大齒輪的中間設(shè)備來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組件。
壓縮機(jī)組件具有固有的壓力比，屬于系列組件，這種系列組件被設(shè)計(jì)成既能應(yīng)用于一個(gè)級(jí)，也能應(yīng)用于幾個(gè)級(jí)，借此使最小數(shù)量的壓縮機(jī)組件達(dá)到整個(gè)空氣能力范圍。
此外，帶有大型齒輪裝置的較大電機(jī)的慣性是較大的，其結(jié)果是除非電機(jī)是超尺寸的，否則壓縮機(jī)裝置的響應(yīng)是相當(dāng)慢的。
在不同級(jí)的壓縮機(jī)組件之間采用固定轉(zhuǎn)速比的結(jié)果，使壓縮機(jī)裝置的效率在它的整個(gè)工作范圍內(nèi)受到限制。本壓縮機(jī)裝置對(duì)于一個(gè)很好限定的輸出壓力和容積流量，只有一個(gè)最佳效率。
神戶鋼鐵公司(Kobe Steel Ltd)的JP07158576A號(hào)專利公開(kāi)了一種兩級(jí)壓縮機(jī)裝置，其中的兩臺(tái)壓縮機(jī)組件分別由單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速則借助一個(gè)逆變器來(lái)調(diào)節(jié)。在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)逆變器由同一個(gè)控制裝置依據(jù)兩級(jí)之間的壓力進(jìn)行控制。在另一個(gè)實(shí)施例中，逆變器分別由單獨(dú)的控制裝置依據(jù)兩級(jí)之間的壓力，即高壓級(jí)出口處的壓力，進(jìn)行控制。
低壓級(jí)的壓縮機(jī)組件大于高壓級(jí)的壓縮機(jī)組件，兩臺(tái)壓縮機(jī)組件的額定轉(zhuǎn)速不相同。因此就兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的大小而言，高壓級(jí)的壓縮機(jī)組件由小于低壓級(jí)的電機(jī)不通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，而低壓級(jí)的壓縮機(jī)組件則由較大的電機(jī)通過(guò)一臺(tái)齒輪傳動(dòng)裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)顯得較復(fù)雜，而且也昂貴。
JP02140477A號(hào)專利也公開(kāi)了一種兩級(jí)壓縮機(jī)裝置，在該裝置中，兩臺(tái)相同的壓縮機(jī)組件安裝在同一外殼內(nèi)，并由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速分別由逆變器調(diào)節(jié)。然而，這種壓縮機(jī)裝置的效率不是最佳的。
本發(fā)明的目的在于提供一種沒(méi)有上述缺點(diǎn)的、比較便宜的和能以簡(jiǎn)單的方式及最佳效率運(yùn)行的多級(jí)壓縮機(jī)裝置。
根據(jù)本發(fā)明，這項(xiàng)目的是這樣來(lái)達(dá)到，也就是說(shuō)第一節(jié)所限定的壓縮機(jī)裝置和電動(dòng)機(jī)都是相同的，因而也具有大致相同的額定空氣量和額定功率，同時(shí)在每臺(tái)電機(jī)和它所驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)組件之間裝設(shè)有一個(gè)齒輪傳動(dòng)裝置。
盡管壓縮機(jī)組件是不同的，但為了能夠以最佳方式運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)是相同的。因此，可以使用市場(chǎng)上已有的、型號(hào)相同和額定功率也一樣的電動(dòng)機(jī)，這也可以降低成本。
如果壓縮機(jī)裝置包括兩級(jí)，從而也包括兩臺(tái)壓縮機(jī)組件的話，則一個(gè)齒輪傳動(dòng)裝置，特別是低壓級(jí)的齒輪傳動(dòng)裝置，可能導(dǎo)致相對(duì)于對(duì)應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速減小，而另一個(gè)齒輪傳動(dòng)裝置，即高壓級(jí)的齒輪傳動(dòng)裝置，可能導(dǎo)致相對(duì)于對(duì)應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速增大。
通過(guò)有效的選擇電動(dòng)機(jī)能使齒輪傳動(dòng)裝置和電機(jī)二者都是相同的，從而使兩個(gè)齒輪傳動(dòng)裝置都包括一個(gè)大齒輪和一個(gè)小齒輪，該大小齒輪以一個(gè)齒輪裝置相對(duì)于另一齒輪裝置被交換。
這些電機(jī)最好是高速電機(jī)。
電機(jī)最好與自己的頻率調(diào)節(jié)器聯(lián)接，從而使每個(gè)電機(jī)都能單獨(dú)調(diào)節(jié)頻率和轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明還涉及一種基于先前實(shí)施例中任一實(shí)施例的調(diào)節(jié)多級(jí)壓縮機(jī)裝置的方法，因此該裝置每臺(tái)壓縮機(jī)組件包括一臺(tái)相同的電機(jī)，該電機(jī)借助于附屬的頻率調(diào)節(jié)器供電，從而使每臺(tái)電機(jī)都能單獨(dú)調(diào)節(jié)頻率和轉(zhuǎn)速，其中連續(xù)調(diào)節(jié)不同級(jí)的電機(jī)之間的轉(zhuǎn)速比，以獲得最佳總效率。
通過(guò)以這樣一種狀態(tài)調(diào)節(jié)各級(jí)的轉(zhuǎn)速比和不同級(jí)之間的壓力比以實(shí)現(xiàn)節(jié)約能量，即除去期望的輸出壓力外，還可獲得壓縮機(jī)裝置最佳總效率。
壓縮機(jī)裝置的最佳效率是通過(guò)優(yōu)化每一級(jí)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而優(yōu)化每一級(jí)的壓力比來(lái)獲得的。
在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速比期間測(cè)量輸出壓力，同時(shí)依據(jù)輸出壓力的變化及時(shí)使兩臺(tái)電機(jī)中一臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速適應(yīng)。這臺(tái)電機(jī)，被稱作“主電機(jī)”，既可以是低壓級(jí)電機(jī)，也可以是高壓級(jí)電機(jī)。
每一級(jí)的最佳轉(zhuǎn)速和最佳壓力比是已知的，并被儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，或者借助一種算法，例如模糊控制，實(shí)時(shí)進(jìn)行計(jì)算。
在改變這臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速后，借助數(shù)據(jù)庫(kù)或一種依據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)速和測(cè)得的輸出壓力的算法來(lái)確定最佳轉(zhuǎn)速比，以便修正其他電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
最好是，電機(jī)之間的轉(zhuǎn)速比是依據(jù)測(cè)得的輸出壓力，針對(duì)壓縮機(jī)裝置的每一種狀況加以確定，其數(shù)值由數(shù)據(jù)庫(kù)取得或利用實(shí)時(shí)算法計(jì)算求得。
為了更好地表示本發(fā)明的特征，下面，作為一個(gè)實(shí)例，沒(méi)有任何限定的性質(zhì)，參照附屬的示意代表本發(fā)明的壓縮機(jī)裝置的圖闡述一種基于本發(fā)明的多級(jí)壓縮機(jī)裝置的最佳實(shí)施例和調(diào)節(jié)該裝置的方法。
在附圖
中示出一種兩級(jí)壓縮機(jī)裝置，該裝置基本上包括低壓級(jí)的一臺(tái)較大壓縮機(jī)組件1，高壓級(jí)的一臺(tái)較小壓縮機(jī)組件2和兩臺(tái)分別通過(guò)頻率調(diào)節(jié)器5和6供電的電機(jī)3和4。
兩個(gè)壓縮機(jī)組件1和2都是容積式壓縮機(jī)組件，即螺桿式壓縮機(jī)組件。
然而在不同的實(shí)施例中，壓縮機(jī)組件也可以是其他容積式壓縮機(jī)組件，例如螺旋式壓縮機(jī)組件，或者甚至可以是動(dòng)力的壓縮機(jī)組件。
壓縮機(jī)組件1包括進(jìn)口7和低壓出口8，該出口8，借助于一個(gè)冷卻器9，與壓縮機(jī)組件2的進(jìn)口10相連，該壓縮機(jī)組件2備有高壓出口11。
在上述實(shí)例中，在這個(gè)出口處裝設(shè)有一個(gè)后冷卻器12。
電機(jī)3和4二者都是高速電機(jī)，且兩者相同，換言之，兩者的額定功率相同。
因此，兩臺(tái)電機(jī)通常具有相同的轉(zhuǎn)子、定子和軸承。實(shí)際上，兩臺(tái)電機(jī)可以完全相同，因而都是相同商業(yè)型號(hào)的電機(jī)。
壓縮機(jī)組件1借助于一個(gè)第一小型齒輪傳動(dòng)裝置13與電機(jī)3聯(lián)接，而壓縮機(jī)組件2則借助于一個(gè)第二小型齒輪傳動(dòng)裝置14與電機(jī)4聯(lián)接。
齒輪傳動(dòng)裝置13包括兩個(gè)安裝在一個(gè)齒輪外殼內(nèi)的齒輪，也就是說(shuō)安裝在電機(jī)3軸上的小齒輪13A與固定在壓縮機(jī)組件1驅(qū)動(dòng)軸上的大齒輪13B相嚙合，從而造成轉(zhuǎn)速減小。
齒輪傳動(dòng)裝置14與齒輪傳動(dòng)裝置13相同，因而也包括一個(gè)與大齒輪14B相嚙合的小齒輪14A，但，齒輪14A和14B的位置卻被對(duì)調(diào)，換言之，現(xiàn)在小齒輪14A固定在壓縮機(jī)組件2的驅(qū)動(dòng)軸上，而大齒輪14B與電機(jī)4的軸一起旋轉(zhuǎn)。
因而，齒輪傳動(dòng)裝置14造成轉(zhuǎn)速增大。
因此電機(jī)3和4的額定功率實(shí)際上是相同的，并選定等于驅(qū)動(dòng)要求具有最大空氣量的壓縮機(jī)組件所需的最大功率。
因此，在這種裝置中，最小的壓縮機(jī)組件2轉(zhuǎn)動(dòng)得比最大壓縮機(jī)組件1快，電機(jī)3和4的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速在兩臺(tái)壓縮機(jī)組件1和2的最大轉(zhuǎn)速之間選定，最好選定這兩個(gè)轉(zhuǎn)速之間的中間值。
這些壓縮機(jī)組件1和2的精確的最大轉(zhuǎn)速借助齒輪傳動(dòng)裝置13和14獲得。
不僅電機(jī)3和4相同，而且頻率調(diào)節(jié)器5和6也可能相同，這樣才能具備相同的功率。
此外，壓縮機(jī)裝置包括控制裝置15，例如一臺(tái)PLC控制器(可編程序邏輯控制器)，該控制裝置，一方面，使它的輸出端通過(guò)導(dǎo)線管16和17與兩個(gè)頻率調(diào)節(jié)器相接，另一方面，使第一輸入端借助于電路18，與壓縮機(jī)裝置2的出口11處的壓力表相接，并使第二輸入端借助于導(dǎo)線管20與設(shè)置希望的輸出壓力裝置21相連接。
在另一實(shí)施例中，控制裝置15的第三輸入端借助于連有壓力表23，例如諸如代表冷卻器9的導(dǎo)線管連接到壓縮機(jī)組件1和2之間的接頭上。
在用附屬電機(jī)3或4驅(qū)動(dòng)每臺(tái)壓縮機(jī)組件1和2時(shí)，可以分別單獨(dú)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)組件1和2中的每臺(tái)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。
調(diào)節(jié)可以通過(guò)控制裝置15進(jìn)行，即由控制器15依據(jù)出口11處的壓力表測(cè)得的壓力和調(diào)節(jié)裝置21，例如借助一種算法例如模糊控制，調(diào)得的希望的或要求的輸出壓力來(lái)影響頻率調(diào)節(jié)器5和6，從而使壓縮機(jī)組件能借助連續(xù)、最佳調(diào)節(jié)各級(jí)的電機(jī)3和4的轉(zhuǎn)速比來(lái)達(dá)到其最佳效率。
在這種調(diào)節(jié)法中，也可以采用壓力表23測(cè)得的中間壓力，因而這個(gè)中間壓力要與壓力表19測(cè)得的輸出壓力結(jié)合起來(lái)使用。
頻率調(diào)節(jié)器5和6具有相同的功率，該值僅僅是只采用一臺(tái)電機(jī)時(shí)所需功率的一半。齒輪外殼13和14都比較小，電機(jī)3和4也較小，因而壓縮機(jī)裝置肯定不大于和重于帶一臺(tái)大型電機(jī)和大而貴的齒輪外殼的壓縮機(jī)裝置。
借助采用比相同功率的標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)小而輕的高速電機(jī)，能將壓縮機(jī)裝置制造得更加輕巧緊湊，其結(jié)果是需要的材料少，整套裝置費(fèi)用較低，從而使裝置的占用地面也小，運(yùn)輸費(fèi)用將降低。采用較緊湊的高速電機(jī)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是慣性小，從而使電機(jī)的反應(yīng)也較快。
因?yàn)閴嚎s機(jī)裝置包括相同的電機(jī)3和4，相同的頻率調(diào)節(jié)器5和6以及相同的齒輪傳動(dòng)裝置13和14，所以壓縮機(jī)裝置的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，而且也經(jīng)濟(jì)。同樣，存儲(chǔ)費(fèi)用也會(huì)降低。
需要的電機(jī)的類型較少，因而只需要較少的庫(kù)房?jī)?chǔ)存，同時(shí)電機(jī)也可大批量生產(chǎn)，因而，費(fèi)用低。
本壓縮機(jī)裝置的級(jí)數(shù)不限于兩個(gè)級(jí)。對(duì)每一級(jí)或每一臺(tái)壓縮機(jī)組件都配裝一臺(tái)單獨(dú)的可調(diào)速電機(jī)。
本壓縮機(jī)裝置不一定必須在壓縮機(jī)組件1和2之間加裝一個(gè)冷卻器，因而后冷卻器12不是絕對(duì)需要的。
本發(fā)明決不限于迄今為止所闡述的和附圖中所示出的實(shí)施例的形式，恰恰相反，要理解在未脫離后附的權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)可以有各種不同變通方案實(shí)現(xiàn)本多級(jí)壓縮機(jī)裝置及其調(diào)節(jié)方法。
權(quán)利要求
1.多級(jí)壓縮機(jī)裝置，包括至少兩個(gè)由單獨(dú)的可調(diào)速電機(jī)(3、4)驅(qū)動(dòng)的不同壓縮機(jī)組件(1和2)，由此，一個(gè)級(jí)的壓縮機(jī)組件(1)的出口(8)與后續(xù)級(jí)的一個(gè)后續(xù)壓縮機(jī)組件(2)的進(jìn)口(10)相連，其特征在于電機(jī)(2、4)是相同的，因而都具有大約一個(gè)且相同的額定功率，而在每臺(tái)電機(jī)(3、4)與由該電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)組件(1、2)之間設(shè)置一個(gè)齒輪傳動(dòng)裝置(13、14)。
2.如權(quán)利要求1所述的多級(jí)壓縮機(jī)裝置，其特征在于該壓縮機(jī)裝置包括兩個(gè)級(jí)，一個(gè)齒輪傳動(dòng)裝置(13)，特別是低壓級(jí)的齒輪傳動(dòng)裝置，導(dǎo)致相對(duì)于對(duì)應(yīng)的電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)速而降低速度，而另一個(gè)齒輪傳動(dòng)裝置(14)，即，高壓級(jí)的齒輪傳動(dòng)裝置，導(dǎo)致相對(duì)于對(duì)應(yīng)的電機(jī)(4)的轉(zhuǎn)速而增大速度。
3.如權(quán)利要求2所述的多級(jí)壓縮機(jī)裝置，其特征在于齒輪傳動(dòng)裝置(13、14)以及電機(jī)(3、4)各自都是相同的，由此兩個(gè)齒輪傳動(dòng)裝置(13、14)都有一個(gè)小齒輪和一個(gè)大齒輪(13A、13B、14A、14B)，相對(duì)于另一個(gè)齒輪傳動(dòng)裝置(13)大齒輪和小齒輪在一個(gè)齒輪裝置(14)上被交換。
4.如權(quán)利要求2或3所述的多級(jí)壓縮機(jī)裝置，其特征在于電機(jī)(3、4)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速選定在兩個(gè)壓縮機(jī)組件(1、3)的最大轉(zhuǎn)速之間，最好是這些轉(zhuǎn)速之間的中間值。
5.如以上各項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)要求所述的多級(jí)壓縮機(jī)裝置，其特征在于電機(jī)(3、4)是高速電機(jī)。
6.如以上各項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)要求所述的多級(jí)壓縮機(jī)裝置，其特征在于電機(jī)(3、4)與其各自的頻率調(diào)節(jié)器(5、6)聯(lián)接，從而使每臺(tái)電機(jī)(3、4)的頻率，進(jìn)而速度能被單獨(dú)調(diào)節(jié)。
7.如權(quán)利要求6所述的多級(jí)壓縮機(jī)裝置，其特征在于該壓縮機(jī)裝置包括一個(gè)控制器(15)，該控制器與用于測(cè)量最終級(jí)的出口(11)處壓力的壓力表(19)聯(lián)接，還與用于設(shè)定所期望的輸出壓力的裝置(21)聯(lián)接；且，該控制器依據(jù)壓力表(19)測(cè)得的數(shù)值和由裝置(21)設(shè)定的期望輸出壓力來(lái)控制頻率調(diào)節(jié)器(5和6)。
8.如權(quán)利要求7所述的多級(jí)壓縮機(jī)裝置，其特征在于控制裝置(15)與用于測(cè)量壓縮機(jī)組件(1和2)之間的中間壓力的壓力表(23)相聯(lián)接。
9.如以上各項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)要求所述的多級(jí)壓縮機(jī)裝置，其特征在于在壓縮機(jī)組件(1和2)之間安裝一個(gè)冷卻器(9)。
10.如以上各項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)要求所述的多級(jí)壓縮機(jī)裝置，其特征在于在最后一臺(tái)壓縮機(jī)組件(2)的出口內(nèi)安裝一個(gè)后冷卻器(12)。
11.一種用于調(diào)節(jié)根據(jù)以上各項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)要求所述的多級(jí)壓縮機(jī)裝置的方法，該方法包括每一個(gè)壓縮機(jī)組件(1和2)設(shè)有相同的電機(jī)(3、4)，每個(gè)電機(jī)都通過(guò)一個(gè)附屬的頻率調(diào)節(jié)器(5、6)供電，從而使每臺(tái)電機(jī)的頻率和轉(zhuǎn)速都可被單獨(dú)調(diào)節(jié)，其特征在于不同級(jí)的電機(jī)(3和4)之間的速度比能被連續(xù)調(diào)節(jié)，以便獲得最佳總效率。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于要依據(jù)測(cè)得的輸出壓力針對(duì)壓縮機(jī)裝置的每一種狀況確定電機(jī)(3、4)之間的速度比，且該速度比從數(shù)據(jù)庫(kù)獲得，或者借助一種算法或模糊控制實(shí)時(shí)計(jì)算得出。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于電機(jī)(3、4)之間的速度比也依據(jù)在兩個(gè)級(jí)之間測(cè)得的中間壓力確定。
14.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于由于測(cè)得的輸出壓力與期望的輸出壓力之間的壓差，及時(shí)修正電機(jī)(3和4)中一個(gè)電機(jī)的速度，由此，依據(jù)這個(gè)電機(jī)的速度和測(cè)得的輸出壓力，調(diào)節(jié)最佳速度比，以改變另一個(gè)電機(jī)的速度，結(jié)果，達(dá)到壓縮機(jī)裝置的最佳總效率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多級(jí)壓縮機(jī)裝置，該裝置包括至少兩臺(tái)不同的、由單獨(dú)可調(diào)速電機(jī)(3和4)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)組件(1和2)，其中一個(gè)級(jí)的壓縮機(jī)組件(1)的出口(8)與后續(xù)級(jí)的后續(xù)壓縮機(jī)組件(2)的進(jìn)口10相連接，其特征在于電機(jī)(2、4)相同，因而具有大致相同的額定功率，同時(shí)在每臺(tái)電機(jī)(3、4)和該電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)組件(1、2)之間裝設(shè)有齒輪傳動(dòng)裝置(13，14)。
文檔編號(hào)F04C23/00GK1402814SQ00816555
公開(kāi)日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2000年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月26日
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