CN100348866C - 多级压缩机装置和调节这种多级压缩机装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多级压缩机装置，该装置包括至少两台不同的、由单独可调速电机(3和4)驱动的压缩机组件(1和2)，其中一个级的压缩机组件(1)的出口(8)与后续级的后续压缩机组件(2)的进口10相连接，其特征在于电机(2、4)相同，因而具有大致相同的额定功率，同时在每台电机(3、4)和该电机所驱动的压缩机组件(1、2)之间装设有齿轮传动装置(13，14)。本发明还涉及一种用于调节多级压缩机装置的方法，包括步骤：对每台可调速电机单独调节频率和转速，并连续调节不同级的可调速电机(3和4)之间的速度比。

Description

多级压缩机装置和调节这种多级压缩机装置的方法
本发明涉及一种多级压缩机装置和调节这种多级压缩机装置的方法，该装置包括至少两台不同的压缩机组件和至少两台单独的可调速电机，所述压缩机组件由所述电机驱动，其中一个级的压缩机组件的出口与后续级的后续压缩机组件的进口相连接。
与容积流量和压力比相反，这种多级压缩机装置的质量流量在多级的每一级都是恒定不变的。
由于不同的容积流量和不同的压力比，因而每台压缩机组件的转速也不相同，该转速要由输出压力和最终容积流量来决定。
在一些已知的具有不同转速的两级压缩机装置中，驱动两级中的压缩机组件的设备包括一台大型标准电动机，该电机要借助于一个大型逆变器或频率调节器来驱动。
这种电机要借助一个大齿轮的中间设备来驱动压缩机组件。
压缩机组件具有固有的压力比，属于系列组件，这种系列组件被设计成既能应用于一个级，也能应用于几个级，借此使最小数量的压缩机组件达到整个空气能力范围。
此外，带有大型齿轮装置的较大电机的惯性是较大的，其结果是除非电机是超尺寸的，否则压缩机装置的响应是相当慢的。
在不同级的压缩机组件之间采用固定转速比的结果，使压缩机装置的效率在它的整个工作范围内受到限制。本压缩机装置对于一个很好限定的输出压力和容积流量，只有一个最佳效率。
神户钢铁公司(Kobe Steel Ltd)的JP07158576A号专利公开了一种两级压缩机装置，其中的两台压缩机组件分别由单独的电机驱动，而电机的转速则借助一个逆变器来调节。在一个实施例中，两个逆变器由同一个控制装置依据两级之间的压力进行控制。在另一个实施例中，逆变器分别由单独的控制装置依据两级之间的压力，即高压级出口处的压力，进行控制。
低压级的压缩机组件大于高压级的压缩机组件，两台压缩机组件的额定转速不相同。因此就两台驱动电机的大小而言，高压级的压缩机组件由小于低压级的电机不通过传动装置驱动，而低压级的压缩机组件则由较大的电机通过一台齿轮传动装置来驱动。这种结构显得较复杂，而且也昂贵。
JP02140477A号专利也公开了一种两级压缩机装置，在该装置中，两台类似的压缩机组件安装在同一外壳内，并由电机直接驱动，电机的速度由逆变器独立调节。然而，这种压缩机装置的效率不是最佳的。
Ishikawajima Harima Heavy Ind Co LTD公司的JP 10082391A号专利公开了一种两级压缩机装置，该压缩机装置的两台压缩机组件分别由单独电机驱动。两台电机的转速比由数据库取得，并根据测得的出口压力和各级压缩机的排出的空气温度进行选定，这使得更有效地工作成为可能。
两台电机的转速比事先根据当时压缩机组件的性能进行计算。
本发明的目的在于提供一种没有上述缺点的、比较便宜的和能以简单的方式及最佳效率运行的多级压缩机装置。
根据本发明，这个目的是这样来达到，也就是说第一节所限定的压缩机装置和电动机是相同的，即，它们具有大致相同的额定空气量和额定功率，同时在每台电机和它所驱动的压缩机组件之间装设有一个齿轮传动装置。
尽管压缩机组件是不同的，但为了能够以最佳方式运行，电动机是相同的。因此，可以使用市场上已有的、型号相同和额定功率也一样的电动机，这也可以降低成本。
如果压缩机装置包括两级，从而也包括两台压缩机组件的话，则一个齿轮传动装置，特别是低压级的齿轮传动装置，可能导致相对于对应电机的转速减小，而另一个齿轮传动装置，即高压级的齿轮传动装置，可能导致相对于对应电机的转速增大。
通过有效的选择电动机，两个齿轮传动装置都能包括一个大齿轮和一个小齿轮，一个齿轮传动装置中的所述大、小齿轮相对于另一个齿轮传动装置被交换，由此，小齿轮是相同的且大齿轮也是相同的。
电机最好与自己的频率调节器联接，从而使每个电机都能单独调节频率和转速。
本发明还涉及一种调节多级压缩机装置的方法，该装置每台压缩机组件包括一台通过附属频率调节器供电的电机，从而使每台电机都能单独调节频率和转速，进而能连续调节不同级的电机之间的转速比，为此，要采用额定功率或标称容量相同的电机。
通过以这样一种状态调节各级的转速比和不同级之间的压力比以实现节约能量，即除去期望的输出压力外，还可获得压缩机装置最佳总效率。
压缩机装置的最佳效率是通过优化每一级的转速，进而优化每一级的压力比来获得的。
在调节转速比期间测量输出压力，同时依据输出压力的变化及时使两台电机中一台电机的转速适应。这台电机，被称作“主电机”，既可以是低压级电机，也可以是高压级电机。
每一级的最佳转速和最佳压力比是已知的，并被储存在数据库内，或者借助一种算法，例如模糊控制，实时进行计算。
在改变这台电机的转速后，借助数据库或一种依据所述电机转速和测得的输出压力的算法来确定最佳转速比，以便修正其他电机的转速。
最好是，电机之间的转速比是依据测得的输出压力，针对压缩机装置的每一种状况加以确定，其数值由数据库取得或利用实时算法计算求得。
为了更好地表示本发明的特征，下面，作为一个实例，没有任何限定的性质，参照附属的示意代表本发明的压缩机装置的图阐述一种基于本发明的多级压缩机装置的最佳实施例和调节该装置的方法。
在附图中示出一种两级压缩机装置，该装置基本上包括低压级的一台较大压缩机组件1，高压级的一台较小压缩机组件2和两台分别通过频率调节器5和6供电的电机3和4。
两个压缩机组件1和2都是容积式压缩机组件，即螺杆式压缩机组件。
然而在不同的实施例中，压缩机组件也可以是其他容积式压缩机组件，例如螺旋式压缩机组件，或者甚至可以是动力的压缩机组件。
压缩机组件1包括进口7和低压出口8，该出口8，借助于一个冷却器9，与压缩机组件2的进口10相连，该压缩机组件2备有高压出口11。
在上述实例中，在这个出口处装设有一个后冷却器12。
电机3和4二者都是高速电机，且两者相同，换言之，两者的额定功率相同。
因此，两台电机通常具有相同的转子、定子和轴承。实际上，两台电机可以完全相同，因而都是相同商业型号的电机。
压缩机组件1借助于一个第一小型齿轮传动装置13与电机3联接，而压缩机组件2则借助于一个第二小型齿轮传动装置14与电机4联接。
齿轮传动装置13包括两个安装在一个齿轮外壳内的齿轮，也就是说安装在电机3轴上的小齿轮13A与固定在压缩机组件1驱动轴上的大齿轮13B相啮合，从而造成转速减小。
齿轮传动装置14与齿轮传动装置13相同，因而也包括一个与大齿轮14B相啮合的小齿轮14A，但，齿轮14A和14B的位置却被对调，换言之，现在小齿轮14A固定在压缩机组件2的驱动轴上，而大齿轮14B与电机4的轴一起旋转。
因而，齿轮传动装置14造成转速增大。
因此电机3和4的额定功率实际上是相同的，并选定等于驱动要求具有最大空气量的压缩机组件所需的最大功率。
因此，在这种装置中，最小的压缩机组件2转动得比最大压缩机组件1快，电机3和4的设计转速在两台压缩机组件1和2的最大转速之间选定，最好选定这两个转速之间的中间值。
这些压缩机组件1和2的精确的最大转速借助齿轮传动装置13和14获得。
不仅电机3和4相同，而且频率调节器5和6也可能相同，这样才能具备相同的功率。
此外，压缩机装置包括控制装置15，例如一台PLC控制器(可编程序逻辑控制器)，该控制装置，一方面，使它的输出端通过导线管16和17与两个频率调节器相接，另一方面，使第一输入端借助于电路18，与压缩机装置2的出口11处的压力表相接，并使第二输入端借助于导线管20与用于设置希望输出压力的装置21相连接。
在另一实施例中，控制装置15的第三输入端借助于连有压力表23，例如诸如代表冷却器9的导线管连接到压缩机组件1和2之间的接头上。
在用附属电机3或4驱动每台压缩机组件1和2时，可以分别单独调节压缩机组件1和2中的每台压缩机的转速。
调节可以通过控制装置15进行，即由控制器15依据出口11处的压力表19测得的压力以及所述装置21、例如借助一种算法例如模糊控制而调节的所希望的或所要求的输出压力来影响频率调节器5和6，从而使压缩机组件能借助连续、最佳调节各级的电机3和4的转速比来达到其最佳效率。
在这种调节法中，也可以采用压力表23测得的中间压力，因而这个中间压力要与压力表19测得的输出压力结合起来使用。
频率调节器5和6具有相同的功率，该值仅仅是只采用一台电机时所需功率的一半。齿轮外壳13和14都比较小，电机3和4也较小，因而压缩机装置肯定不大于和重于带一台大型电机和大而贵的齿轮外壳的压缩机装置。
借助采用比相同功率的标准电机小而轻的高速电机，能将压缩机装置制造得更加轻巧紧凑，其结果是需要的材料少，整套装置费用较低，从而使装置的占用地面也小，运输费用将降低。采用较紧凑的高速电机的另一个优点是惯性小，从而使电机的反应也较快。
因为压缩机装置包括相同的电机3和4，相同的频率调节器5和6以及相同的齿轮传动装置13和14，所以压缩机装置的设计比较简单，而且也经济。同样，存储费用也会降低。
需要的电机的类型较少，因而只需要较少的库房储存，同时电机也可大批量生产，因而，费用低。
本压缩机装置的级数不限于两个级。对每一级或每一台压缩机组件都配装一台单独的可调速电机。
本压缩机装置不一定必须在压缩机组件1和2之间加装一个冷却器，因而后冷却器12不是绝对需要的。
本发明决不限于迄今为止所阐述的和附图中所示出的实施例的形式，恰恰相反，要理解在未脱离后附的权利要求书范围内可以有各种不同变通方案实现本多级压缩机装置及其调节方法。

Claims (14)

1.一种多级压缩机装置，包括至少两个不同的压缩机组件(1，2)和至少两台单独的可调速电机(3，4)，所述压缩机组件(1，2)由所述可调速电机(3，4)驱动，一级上的压缩机组件(1)的出口(8)与后续级的一台后续压缩机组件(2)的进口(10)相连，其特征在于：可调速电机(3、4)的相同之处在于它们具有大约一个且相同的额定功率，而在每台可调速电机(3、4)与由该可调速电机驱动的压缩机组件(1、2)之间设置一个齿轮传动装置(13、14)。
2.如权利要求1所述的多级压缩机装置，其特征在于：该压缩机装置包括两个级，一个齿轮传动装置(13)，由此，低压级的齿轮传动装置，导致相对于对应的可调速电机(3)的转速而减小速度，而另一个齿轮传动装置(14)，即，高压级的齿轮传动装置，导致相对于对应的可调速电机(4)的转速而增大速度。
3.如权利要求2所述的多级压缩机装置，其特征在于：两个齿轮传动装置(13、14)都有相同的齿轮副，每个齿轮副都包括一个小齿轮和一个大齿轮(13A，13B)，对于该大、小齿轮的位置来说，它们在所述一个齿轮装置(13)中的位置相对于另一个齿轮传动装置(14)被交换，因而小齿轮(13A、14A)是相同的，大齿轮(13B、14B)也是相同的。
4.如权利要求2或3所述的多级压缩机装置，其特征在于：可调速电机(3、4)的设计转速选定在两个压缩机组件(1、2)的最大转速之间。
5.如权利要求2或3所述的多级压缩机装置，其特征在于：可调速电机(3、4)的设计转速选定在两个压缩机组件(1、2)的最大转速的中间值。
6.如权利要求1所述的多级压缩机装置，其特征在于：可调速电机(3、4)与其各自的频率调节器(5、6)联接，从而使每台可调速电机(3、4)的频率，进而速度都能单独调节。
7.如权利要求6所述的多级压缩机装置，其特征在于：该压缩机装置包括一个控制装置(15)，该控制装置与用于测量最终级的出口(11)处压力的压力表(19)联接，还与用于设定所期望输出压力的装置(21)联接；且，该控制器依据压力表(19)测得的数值和由所述装置(21)设定的期望输出压力来控制频率调节器(5，6)。
8.如权利要求7所述的多级压缩机装置，其特征在于：控制装置(15)与用于测量压缩机组件(1，2)之间的中间压力的压力表(23)相联接。
9.如权利要求1所述的多级压缩机装置，其特征在于：在压缩机组件(1，2)之间安装有一个冷却器(9)。
10.如权利要求1所述的多级压缩机装置，其特征在于：在最后一台压缩机组件(2)的出口内安装有一个后冷却器(12)。
11.一种用于调节多级压缩机装置的方法，该多级压缩机装置包括每个压缩机组件(1，2)的可调速电机(3，4)，每台可调速电机都通过一个附属的频率调节器(5、6)供电，所述可调速电机具有相同的额定功率，所述方法包括步骤：对每台可调速电机单独调节频率和转速，并连续调节不同级的可调速电机(3，4)之间的速度比。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：依据测得的输出压力针对压缩机装置的每一种状况确定可调速电机(3、4)之间的速度比，且该速度比从数据库获得，或者借助一种算法或模糊控制实时计算得出。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：可调速电机(3、4)之间的速度比也依据在两个级之间测得的中间压力确定。
14.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于：采用测得的输出压力和与期望的输出压力之间的压差，及时使可调速电机(3，4)中一个可调速电机的速度适应，由此，再依据这个电机的速度和测得的输出压力调节速度比，以改变另一个可调速电机的速度。
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Denomination of invention: Multistage compressor unit and method for regulating such multistage compressor unit

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