CN101755127A - 气体压缩装置及气体压缩装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

在借助多个相对于气体的流动方向而串联地排列的压缩机构压缩气体的气体压缩装置中，与需求端的气体的需求量相对应地控制吸入至气体压缩部的气体的流量，在各压缩机构的流量低于基于压力波界限而设定的设定值时，将从气体压缩部排出的气体的至少一部分循环供给至压缩机构的扩压器。因此，能够抑制压缩机构中的压力波的产生且使驱动机构的负荷充分地降低，能够使能量的消耗量降低。

Description

气体压缩装置及气体压缩装置的控制方法

技术领域

本发明涉及一种具有多个被单一的驱动机构驱动的压缩机构的气体压缩装置及气体压缩装置的控制方法。

本申请基于2007年07月19日于日本提出的特愿2007-188093号而主张优先权，并在此引用其内容。

背景技术

以往以来，具有多个离心压缩机(压缩机构)的涡轮压缩装置(气体压缩装置)被广泛使用，所述多个离心压缩机连结在被单一的马达(驱动机构)驱动旋转的轴上。

在这样的涡轮压缩装置中，各离心压缩机相对于气体的流动方向而被串联地排列，在各离心压缩机中气体被慢慢地压缩。

可是，在一般的工厂中，在从涡轮压缩装置接受被压缩了的气体(以下称为压缩气体)的供给的装置(需求端)中，所需的压缩气体的量(需求量)随着时间而变化。即，从涡轮压缩装置向需求端的装置供给的压缩气体的量随着时间而变化。

而且，对于压缩气体的需求量的减小，考虑利用以下方法进行应对：通过使向涡轮压缩装置的气体的吸入量减小而使压缩气体的量减小的方法、及总是压缩一定量的气体而只将所需的量供给至需求端的装置并将剩余排出的方法，但优选利用以下方法进行应对：能够降低涡轮压缩装置的能量消耗量(即能够降低向马达的负荷)的、使压缩气体的量减小的方法。

为了使压缩气体的量减小，需要使在涡轮压缩装置中流动的气体的流量减小。但是，在离心压缩机中若使流动的气体的流量减小到某一界限以上则产生压力波(サ一ジング)。详细而言，在被离心压缩机的叶轮加速了的气体在扩压器(デイフユ一ザ一)中被减速时，该气体的流动失速，这成为了产生压力波的起因。

于是，在以往的涡轮压缩装置中，例如通过使用如专利文献1～4所公开的离心压缩机中的避免压力波的方法，一边抑制离心压缩机中的压力波一边使向马达的负荷降低。

【专利文献1】特公平2-61640号公报

【专利文献2】特公平2-59317号公报

【专利文献3】实开昭59-99196号公报

【专利文献4】特开平10-252696号公报

但是，在以往的离心压缩机中，即便使用专利文献1～4所公开的技术，在被吸入至离心压缩机中的气体的流量小的环境中也难以充分地抑制压力波，不能使被吸入至离心压缩机的气体的流量减小到60～70％以下。因此，不能使向马达的负荷降低到60～70％以下。

发明内容

本发明是鉴于上述的问题点而提出的，其目的在于，在借助多个相对于气体的流动方向而被串联地排列的压缩机构来压缩气体的气体压缩装置中，抑制压缩机构中的压力波的产生且使驱动机构的负荷充分地降低，从而使能量的消耗量降低。

为了达成上述目的，作为本发明的第一实施方式的气体压缩装置为，将多个压缩机构相对于气体的流动方向串联地排列，所述压缩机构具有对气体提供速度能量的叶轮和将上述速度能量转换为压力能量的扩压器，将经由多个上述压缩机构而被压缩的气体供给至既定的需求端，具有：驱动机构，将动力供给至上述叶轮；流量调节机构，调节被吸入至相对于上述气体的流动方向而位于最上游的压缩机构的气体的流量；循环供给机构，能够将从相对于上述气体的流动方向位于最下游的压缩机构排出的气体的至少一部分向各压缩机构的上述扩压器或上述扩压器与上述叶轮之间循环供给；控制机构，至少控制上述驱动机构、上述流量调节机构及上述循环供给机构，上述控制机构根据上述需求端的上述气体的需求量而控制上述流量调节机构，在各压缩机构中，在被吸入的上述气体的流量低于基于上述压缩机构的压力波界限而设定的设定值时，控制上述循环供给机构而将上述气体的一部分循环供给至上述压缩机构。

根据该气体压缩装置，能够与需求端的气体的需求量相对应地控制流量调节机构。即，在需求端的气体的需求量减小时，与该减小量相对应而令被吸入至气体压缩装置的气体的流量降低。

而且，在各压缩机构中，在被吸入的气体的流量低于基于上述压缩机构的压力波界限而设定的设定值时，在上述压缩机构中令气体的一部分向各压缩机构的上述扩压器或上述扩压器与上述叶轮之间循环供给。

此外，该气体压缩装置也可以具有：压力检测机构，检测从位于最下游的压缩机构排出的气体的压力；流量检测机构，检测从位于最下游的压缩机构排出的气体的流量，上述控制机构在上述压力检测机构及上述流量检测机构中，至少将上述压力检测机构的检测结果作为上述需求端的上述气体的需求量而进行上述流量调节机构的控制。

上述控制机构可以从位于最下游的压缩机构向上游的压缩机构阶段地开始基于上述循环供给机构的上述气体的循环供给。

上述设定值可以是将上述压缩机构中的压力波界限的流量和既定的安全系数(マ一ジン)结合而成的值。

上述控制机构，在上述需求端的上述气体的需求量为零时，维持相对于上述气体的流动方向而位于最上游的压缩机构中的上述气体的吸入，并且将从相对于上述气体的流动方向而位于最下游的压缩机构排出的气体的一部分不向上述需求端供给而进行排气。

接着，作为本发明的第二实施方式的气体压缩装置的控制方法如下，将多个压缩机构相对于气体的流动方向而串联地排列，所述压缩机构具有对气体提供速度能量的叶轮和将上述速度能量转换为压力能量的扩压器，将经由多个上述压缩机构而被压缩的气体供给至既定的需求端，与上述需求端的上述气体的需求量相对应而调节被吸入至相对于上述气体的流动方向而位于最上游的压缩机构的气体的流量，在各压缩机构中，在被吸入的上述气体的流量低于基于上述压缩机构的压力波界限而设定的设定值时，将从相对于上述气体的流动方向而位于最下游的压缩机构排出的气体的至少一部分向各压缩机构的上述扩压器或上述扩压器与上述叶轮之间循环供给。

根据该气体压缩装置的控制方法，能够与需求端的气体的需求量相对应地控制被吸入至气体压缩装置的气体的流量。即，在需求端的气体的需求量减小时，与该减小量相对应而被吸入至气体压缩装置的气体的流量降低。

而且，在各压缩机构中，在被吸入的气体的流量低于基于上述压缩机构的压力波界限而设定的设定值时，从上述压缩机构中位于最下游的压缩机构排出的气体的一部分被向各压缩机构的上述扩压器或上述扩压器与上述叶轮之间循环供给。

也可以检测从位于最下游的压缩机构排出的气体的压力及流量，在上述检测结果中，至少将上述压力作为上述需求端的上述气体的需求量，控制被吸入至位于最上游的压缩机构的气体的流量。

也可以从位于最下游的压缩机构向上游的压缩机构阶段地开始上述气体的循环供给。

上述设定值可以是将上述压缩机构的压力波界限的流量和既定的安全系数合并而成的值。

也可以在上述需求端的上述气体的需求量为零时，维持相对于上述气体的流动方向而位于最上游的压缩机构中的上述气体的吸入，将从相对于上述气体的流动方向而位于最下游的压缩机构排出的气体的一部分不向上述需求端供给而进行排气。

根据本发明的气体压缩装置及气体压缩装置的控制方法，与需求端的气体的需求量相对应而控制被吸入至气体压缩装置的气体的流量。即，在需求端的气体的需求量减小时，与该减小量相对应而被吸入至气体压缩装置的气体的流量降低。

而且，在各压缩机构中，在被吸入的气体的流量低于基于上述压缩机构中的压力波界限而设定的设定值时，从在上述压缩机构中位于最下游的压缩机构排出的气体的一部分被向各压缩机构的上述扩压器或上述扩压器与上述叶轮之间循环供给。

在此，被循环供给的气体不供给至叶轮而流入扩压器。因此，能够不使向叶轮的负荷增加而将充足的流量的气体供给至扩压器，能够不使向驱动机构的负荷增加而抑制失速的发生及压力波的产生。即，无论被吸入至各压缩机构的气体的流量怎么小，都能够使能够抑制压力波的流量的气体流入压缩机构的扩压器。

从而，根据本发明，在借助多个相对于气体的流动方向而串联地排列的压缩机构来压缩气体的气体压缩装置中，抑制压缩机构中的压力波的产生且使驱动机构的负荷充分地降低，从而能够使能量的消耗量降低。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的涡轮压缩装置的概略构成的框图。

图2是本发明的一实施方式的涡轮压缩装置所具有的离心压缩机的剖视图。

图3是表示本发明的一实施方式的涡轮压缩装置中的气体的流量分布的表。

图4是表示本发明的一实施方式的涡轮压缩装置所具有的马达的负荷变化的图表。

图5是表示本发明的一实施方式的涡轮压缩装置的变形例的示意图。

图6是表示本发明的一实施方式的涡轮压缩装置的变形例的示意图。

图7是表示本发明的一实施方式的涡轮压缩装置的变形例的示意图。

附图标记说明

1   进口导流叶片(流量调节机构)

2   气体压缩部

21  第一离心压缩机(压缩机构)

22  第二离心压缩机(压缩机构)

23  马达(驱动机构)

3   第一循环供给控制阀(循环供给机构)

4   第二循环供给控制阀(循环供给机构)

5   排出阀

6   流量检测器(流量检测机构)

7   压力检测器(压力检测机构)

8   控制装置(控制机构)

21a、22a  叶轮

21h、22h  扩压器

S   涡轮压缩装置(气体压缩装置)

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的气体压缩装置及气体压缩装置的控制方法的一实施方式。在以下的附图中，为了令各部件成为能够识别的大小而将各部件的比例尺进行了适当变更。

图1是表示本实施方式的涡轮压缩装置S(气体压缩装置)的概略构成的框图。

如该图所示，本实施方式的涡轮压缩装置S具有：进口导流叶片1(流量调节机构)、气体压缩部2、第一循环供给控制阀3(循环供给机构)、第二循环供给控制阀4(循环供给机构)、排气控制阀5、流量检测器6(流量检测机构)、压力检测器7(压力检测机构)及控制装置8(控制机构)。

进口导流叶片1是用于调节被吸入至气体压缩部2的气体的流量的部件，被控制装置8控制。之后详细说明，气体压缩部2具有将两个(多个)离心压缩机21、22(压缩机构)沿气体的流动方向串联地排列的构成。而且，经由进口导流叶片1而被吸入至气体压缩部2的气体，首先被吸入至相对于气体的流动方向而位于上游侧(最上游)的离心压缩机21。即，进口导流叶片1调节被吸入至相对于气体的流动方向而位于最上游的离心压缩机21的气体的流量。

该进口导流叶片1，向与离心压缩机21所具有的叶轮21a(参照图2)的旋转方向相同的方向，对气体提供旋转。由此，能够令离心压缩机21的叶轮的功减小。

可以使用蝶形阀而替代进口导流叶片1。此时，不将旋转提供给气体而将阻力提供给气体，调节被吸入的气体的流量。

气体压缩部2具有：两个离心压缩机21、22(压缩机构)，沿气体的流动方向排列；马达23(驱动机构)，将旋转动力供给至离心压缩机21、22所具有的叶轮21a、22a；中间冷却器24，冷却从相对于气体的流动方向而位于上游侧的离心压缩机21(以下称为第一离心压缩机21)排出的气体；二次冷却器25，冷却从相对于气体的流动方向而位于下游侧的离心压缩机22(以下称为第二离心压缩机22)排出的气体。

第一离心压缩机21及第二离心压缩机22是将吸入的气体压缩而排出的部件。图2是用于说明第一离心压缩机21及第二离心压缩机22的概略构成的剖视图。第一离心压缩机21和第二离心压缩机22具有相同的构成，所以在图2中表示单一的离心压缩机。此外在图2中，没有括号的符号对应于第一离心压缩机21，带括号的符号对应于第二离心压缩机22。

如图2所示，离心压缩机21(22)具有：壳主体21c(22c)，一侧开口且在内侧周缘附近部分具有沿周方向延伸的涡形管流路21b(22b)；气体输出管21d(22d)，以与涡形管流路21b(22b)连接的方式设置在壳主体21c(22c)的既定位置上；转子轴21f(22f)，能够旋转地贯通于设置在壳主体21c(22c)的另一侧壁部中央处的密封部件21e(22e)；叶轮21a(22a)，位于壳主体21c(22c)的内部中央且与转子轴21f(22f)连结；环状的壳盖21i(22i)，以覆盖该叶轮21a(22a)的方式与壳主体21c(22c)的开口部分嵌合且形成从外部朝向叶轮21a(22a)的顶端的气体流入口21g(22g)及从叶轮21a(22a)的周缘部向涡形管流路21b(22b)连接的扩压器21h(22h)；多个扩压器翼21j(22j)，沿周方向以等间隔配置在扩压器21h(22h)上。

而且，第一离心压缩机21的转子轴21f和第二离心压缩机22的转子轴22f，分别经由齿轮增速机构而与马达23连接。而且，叶轮21a(22a)，以与马达23的输出相对应的旋转速度进行旋转。

此外，扩压器翼21j(22j)相对于环状的翼支承座21l(22l)而一体地形成，上述环状的翼支承座21l(22l)被设置在凹陷部21k(22k)处，所述凹陷部在壳主体21c(22c)的内部以包围叶轮21a(22a)的方式设置。

此外，涡形管流路21b(22b)的流路截面形状被形成为越接近气体输出管21d(22d)越大。

进而在离心压缩机21(22)中，在壳盖21i(22i)上形成多个位于叶轮21a(22a)与扩压器翼21j(22j)之间的旁通流路孔21m(22m)。该旁通流路孔21m(22m)是用于令气体从离心压缩机21(22)的外部向扩压器21h(22h)的扩压器翼21j(22j)的前缘侧流动的流路。旁通流路孔21m(22m)沿叶轮21a(22a)的旋转方向形成有多个。即，扩压器21h(22h)和外部被多个旁通流路21m(22m)连接。

在这样的离心压缩机21(22)中，借助被驱动旋转的叶轮21a(22a)对从气体流入口21g(22g)流入的气体提供速度能量。而且，提供给气体的速度能量，气体借助扩压器翼21j(22j)而被转换为压力能量。由此气体被压缩，且被压缩的气体经由涡形管流路21b(22b)而排出至离心压缩机21(22)的外部。而且，经由旁通流路孔21m(22m)而流入的气体，不供给至叶轮21a(22a)，而与被叶轮21a(22a)提供了速度能量的气体一起被供给至扩压器翼21j(22j)。

在图1中，为了方便而只在叶轮21a(22a)的一方侧图示了扩压器翼21j(22j)及涡形管流路21b(22b)，但是在实际时沿着全周存在。而且，旁通流路孔21m(22m)，以等间隔的方式形成在叶轮21a(22a)与沿着全周存在的扩压器翼21j(22j)之间，构成为相对于各旁通流路孔21m(22m)令气体均等地供给。

回到图1，马达23与叶轮21a及叶轮22a连接，驱动叶轮21a和叶轮22a以一定的转速旋转。作为这样的马达23，例如能够使用感应马达。

第一循环供给控制阀3，是用于能够将从气体压缩部2排出的气体的一部分或全部循环供给至第一离心压缩机21的旁通流路孔21m(即，叶轮21a与扩压器翼21j之间)的部件。

该第一循环供给控制阀3的开度能够被控制装置8控制。而且，通过调节第一循环供给控制阀3的开度而调节被供给至旁通流路孔21m的气体的流量。

第二循环供给控制阀4，是能够用于将从气体压缩部2排出的气体的一部分或全部循环供给至第二离心压缩机22的旁通流路孔22m(即，叶轮22a与扩压器翼22j之间)的部件。

该第二循环供给控制阀4能够被控制装置8控制开度。而且，通过调节第二循环供给控制阀4的开度而调节被供给至旁通流路孔22m的气体的流量。

排气控制阀5，是用于将从气体压缩部2排出的气体的一部分或全部排出至涡轮压缩装置S的外部的部件，能够被控制装置8控制开闭。

流量检测器6具有：检测器，检测从气体压缩部2排出的气体的流量；发信器，将上述检测器的检测结果作为表示从气体压缩部2排出的气体的流量(即，从第二离心压缩机22排出的气体的流量)的信号而输出。

压力检测器7具有：检测器，检测从气体压缩部2排出的气体的压力(即，从第二离心压缩机22排出的气体的压力)；发信器，将上述检测器的检测结果作为表示从气体压缩部2排出的气体的压力的信号而输出。

控制装置8与进口导流叶片1(或者蝶形阀)、气体压缩部2的马达23、第一循环供给控制阀3、第二循环供给控制阀4、排气控制阀5、流量检测器6及压力检测器7电气地连接。

在这样的本实施方式的涡轮压缩装置S中，从外部经由过滤器f等而被吸入的气体被气体压缩部2压缩而被排出。而且，从气体压缩部2排出的气体中，除了经由第一循环供给控制阀3而被供给至第一离心压缩机21的气体、和经由第二循环供给控制阀4而被供给至第二离心压缩机22的气体、和经由排气控制阀5而被排出至外部的气体之外的气体，被供给至需求端的装置。

而且，控制装置8，首先将压力检测器7的检测结果与预先设定的设定值进行比较，控制进口导流叶片1。

若更详细地说明，则表示在气体压缩部2之后的气体的压力为预先设定的期望的压力设定值时，从涡轮压缩装置S供给至需求端的装置的气体的流量与需求端的装置所需的气体的流量相等。而且，在需求端的装置所需的气体的流量发生变化时，从涡轮压缩装置S供给至需求端的装置的气体的流量与需求端的装置所需的气体的流量的平衡被打破，从气体压缩部2排出的气体的压力发生变化。

因此，控制装置8将压力检测器7的检测结果与预先设定的设定值进行比较，控制进口导流叶片1以便成为上述的期望的压力。其结果，能够令从涡轮压缩装置S供给至需求端的装置的气体的流量与需求端的装置所需的气体的流量相吻合。

如此，气体压缩部2之后的气体的压力(从位于最下游的压缩机构排出的气体的压力)，与从涡轮压缩装置S供给至需求端的装置的气体的流量相关联。即，所谓基于压力检测器7的检测结果控制进口导流叶片1，就是基于从涡轮压缩装置S供给至需求端的装置的气体的流量而控制进口导流叶片1。

接着，控制装置8在压力检测器7的检测结果为期望的压力时，由流量检测器6的检测结果确认从气体压缩部2排出的气体的流量。也可以不仅是压力检测器7的检测结果，还使用流量检测器6的检测结果而进行进口导流叶片1的控制。

在不需要进口导流叶片1的快速的控制时，也可以直接计测被供给至需求端的装置的气体的流量，将该检测结果转换为压力检测器7的检测结果。

而且，控制装置8，控制进口导流叶片1的结果，在被吸入至各离心压缩机21、22的气体的流量低于预先存储的基于离心压缩机21、22的压力波界限而设定的设定值时，通过控制第一循环供给控制阀3或/及第二循环供给控制阀4，将从气体压缩部2排出的气体的一部分循环供给至第一离心压缩机21或/及第二离心压缩机22。

控制装置8，首先在第二离心压缩机22中，在经由第一离心压缩机21吸入的气体的流量低于基于压力波界限而设定的设定值时，控制第二循环供给控制阀4而将从气体压缩部2排出的气体的一部分循环供给至第二离心压缩机22的叶轮22a与扩压器翼22j之间(即扩压器21h(22h))。而且，控制装置8，进而在第一离心压缩机21中，在经由进口导流叶片1吸入的气体的流量低于基于压力波界限而设定的设定值时，控制第一循环供给控制阀3而将从气体压缩部2排出的气体的一部分循环供给至第一离心压缩机21的叶轮21a与扩压器翼21j之间(即扩压器21h(22h))。

在本实施方式的涡轮压缩装置S中，所谓基于压力波界限而设定的设定值，是将压力波界限的流量与既定的安全系数结合而成的值。此外，所谓压力波界限的流量，在各离心压缩机S中表示不产生压力波的最小界限的气体的流量。

被吸入至第一离心压缩机21的气体的流量，与进口导流叶片1的开度相对应。此外，被吸入至第二离心压缩机22的气体的流量，与进口导流叶片1的开度及第一循环供给控制阀3的开度相对应。而且第一循环供给控制阀3的开度，基于进口导流叶片1的开度而被控制。因此，被吸入至离心压缩机21、22的气体的流量，与进口导流叶片1的开度相对应而被唯一地确定。

此外，控制装置8，在需求端的装置的气体的需求量为零时，通过维持经由进口导流叶片1的气体压缩部2中的气体的吸入且将排气控制阀5开放，将气体排出至外部。

即，控制装置8，即使在需求端的装置的气体的需求量为零时，不使进口导流叶片1完全关闭，将涡轮压缩装置S的动作维持为最低限的能量消耗。

在如此地构成的本实施方式的涡轮压缩装置S中，从外部吸入的气体经由进口导流叶片1而吸入至涡轮压缩装置S，被吸入至气体压缩部2。在气体压缩部2中，气体在第一离心压缩机21中被压缩，之后被中间冷却器24冷却，进而在第二离心压缩机22中被压缩。之后被二次冷却器25冷却而被排出。

从气体压缩部2排出的气体，与第一循环供给控制阀3、第二循环供给控制阀4及排气控制阀5的开度相对应地被分配，将剩余供给至需求端的装置。

而且，被第一循环供给控制阀3分配的气体，与需要相对应而被供给至第一离心压缩机21的叶轮21a与扩压器翼21j之间。此外，被第二循环供给控制阀4分配的气体，被供给至第二离心压缩机22的叶轮22a与扩压器翼22j之间。此外，被排气控制阀5分配的气体被排出至外部。

接着，参照图3及图4说明如此地构成的本实施方式的涡轮压缩装置S的具体的动作(控制方法)。在以下的说明中，所谓(流量％)表示气体的重量流量％，将进口导流叶片1的开度为最大时的各位置的流量作为100流量％。

此外，图3是与供给至需求端的装置的气体的(流量％)相对应地表示各位置A～I中的(流量％)的表。图4是表示向需求端的装置的需求流量与马达负荷的关系的图表。如图1所示，图3中的A为进口导流叶片1的上游侧位置，B为进口导流叶片1与第一离心压缩机21之间的位置，C为第一离心压缩机21与第二离心压缩机22之间的位置，D为第二离心压缩机22的下游侧位置，E为第二离心压缩机22的下游侧位置、是经由排气控制阀5被排出的气体被除去之后的位置，F为第二离心压缩机22的下游侧位置、是与第一循环供给控制阀3及第二循环供给控制阀4侧分离的位置，G为排气控制阀的下游侧位置，H为第一循环供给控制阀3与第一离心压缩机21之间的位置，I为第二循环供给控制阀4与第二离心压缩机22之间的位置，J为需求端的稍前的位置。

此外在本实施方式中，令第一离心压缩机21的基于压力波界限的设定值为60流量％，令第二离心压缩机22的基于压力波界限的设定值为70流量％。

首先在需求端的装置的需求流量为100流量％时(即，J中的流量为100流量％时)，令进口导流叶片1的开度最大，由此A～D中的流量为100流量％。而且控制装置8在需求端的装置的需求流量为100流量％时，令马达23的输出为100％，且将第一循环供给控制阀3、第二循环供给控制阀4及排气控制阀5控制为关闭的状态。其结果，E中的流量为100流量％，F～I中的流量为0流量％。即，在需求端的装置的需求流量为100流量％时，全部气体被供给至需求端的装置，不被循环供给至第一离心压缩机21、第二离心压缩机22。

而且，在需求端的装置的需求流量为100流量％时，被吸入至第一离心压缩机21的气体的流量及被供给至第二离心压缩机22的气体的流量为100流量％，因此马达23的负荷也如图4所示那样地为100％。

在需求端的装置的需求流量为70流量％时(即，J中的流量为70流量％时)，控制装置8将进口导流叶片1的开度缩小，令A中的流量为70流量％。此时，B～D中的流量也为70流量％。而且，控制装置8在需求端的装置的需求流量为70流量％时，将第一循环供给控制阀3、第二循环供给控制阀4及排气控制阀5控制成关闭的状态。其结果，E中的流量为70流量％，F～I中的的流量为0流量％。即，在需求端的装置的需求流量为70流量％时，全部气体被供给至需求端的装置，不循环供给至第一离心压缩机21、第二离心压缩机22。

而且在需求端的装置的需求流量为70流量％时，被吸入至第一离心压缩机21的气体的流量及被吸入至第二离心压缩机22的气体的流量为70流量％，因此马达23的负荷也如图4所示那样地为大约70％。

在需求端的装置的需求流量为60流量％时(即，J中的流量为60流量％时)，控制装置8将进口导流叶片1的开度缩小，令A中的流量为60流量％。此时，若第二循环供给控制阀4保持关闭则向第二离心压缩机22吸入的气体的流量低于作为设定值的70流量％，因此控制装置8将第二循环供给控制阀4打开，以便从气体压缩部2排出的气体中的10流量％部分被循环供给至第二离心压缩机22。第一循环供给控制阀3和排气控制阀5保持关闭。其结果，B、C中的流量为60流量％，D、E中的流量为70流量％，F、I中的流量为10流量％，G、H中的流量为0流量％。

而且在第二离心压缩机22中，扩压器22h中的流量为70流量％，因此能够抑制第二离心压缩机22中的压力波的产生。

另一方面，叶轮22a中的流量及第一离心压缩机21的叶轮21a的流量为60流量％，因此能够如图4所示那样地使马达23的负荷下降到大约60％。

在需求端的装置的需求流量为50流量％时(即，J中的流量为50流量％时)，控制装置8将进口导流叶片1的开度缩小，令A中的流量为50流量％。此时若第一循环供给控制阀3及第二循环供给控制阀4保持关闭则向第一离心压缩机21及第二离心压缩机22吸入的气体的流量低于作为各自的设定值的60流量％及70流量％，因此控制装置8将第一循环供给控制阀3及第二循环供给控制阀4打开，以便令从气体压缩部2排出的气体中的10流量％被循环供给至第一离心压缩机21，且令10流量％部分被循环供给至第二离心压缩机22。排气控制阀5保持关闭。其结果，B中的流量为50流量％，C中的流量为60流量％，D、E中的流量为70流量％，F中的流量为20流量％，G中的流量为0流量％，H、I中的流量为10流量％。

而且在第一离心压缩机21中，扩压器21h中的流量为60流量％，在第二离心压缩机22中，扩压器22h中的流量为70流量％，因此能够抑制第一离心压缩机21及第二离心压缩机22中的压力波的产生。

另一方面，叶轮21a中的流量为50流量％，叶轮22a中的流量为60流量％，因此向马达23的负荷如图4所示，与需求端的装置的需求流量为60流量％时相比被进一步降低。

在需求端的装置的需求流量为10流量％时(即，J中的流量为10流量％时)，控制装置8令进口导流叶片1的开度缩小，令A中的流量为10流量％。此时，若第一循环供给控制阀3及第二循环供给控制阀4保持关闭则向第一离心压缩机21及第二离心压缩机22吸入的气体的流量低于作为各自的设定值的60流量％及70流量％，因此控制装置8将第一循环供给控制阀3及第二循环供给控制阀4打开，以便令从气体压缩部2排出的气体中的50流量％被循环供给至第一离心压缩机21，令10流量％部分被循环供给至第二离心压缩机22。排气控制阀5保持关闭。其结果，B中的流量为10流量％，C中的流量为60流量％，D、E中的流量为70流量％，F中的流量为60流量％，G中的流量为0流量％，H中的流量为50流量％，I中的流量为10流量％。

而且在第一离心压缩机21中，扩压器21h中的流量为60流量％，在第二离心压缩机22中，扩压器22h中的流量为70流量％，因此，能够抑制第一离心压缩机21及第二离心压缩机22中的压力波的产生。

另一方面，叶轮21a中的流量为10流量％，叶轮22a中的流量为60流量％，因此向马达23的负荷如图4所示，与需求端的装置的需求流量为50流量％时相比而被进一步降低。

在需求端的装置的需求流量为0流量％时(即，J中的流量为0流量％时)，控制装置8与需求端的装置的需求流量为10流量％时相同，将第一循环供给控制阀3及第二循环供给控制阀4打开，以便令从气体压缩部2排出的气体中的50流量％被循环供给至第一离心压缩机21，令10流量％部分被循环供给至第二离心压缩机22。而且经由排气控制阀5打开，将马达23的输出维持为10％。其结果，B中的流量为10流量％，C、E中的流量为60流量％，D中的流量为70流量％，F中的流量为60流量％，G中的流量为10流量％，H中的流量为50流量％，I中的流量为10流量％。

在这样的本实施方式的涡轮压缩装置S中，从位于最下游的第二离心压缩机22向上游的第一离心压缩机21阶段地开始实施气体的循环供给。

根据这样的本实施方式的涡轮压缩装置及涡轮压缩装置的控制方法，与需求端的装置的气体的需求流量(需求量)成比例地控制涡轮压缩装置S所吸入的气体的流量。即，在需求端的装置的气体的需求流量减少时，与该减少量相对应地降低涡轮压缩装置S所吸入的气体的流量。

而且在各离心压缩机21、22中，在吸入的气体的流量低于基于该离心压缩机21、22中的压力波界限而设定的设定值时，在该离心压缩机21、22中从气体压缩部2排出的气体的一部分被循环供给至各离心压缩机21、22的扩压器21h、22h，以便能够抑制压力波。

在此，被循环供给的气体，不被供给至叶轮21a、22a而流入扩压器21h、22h。因此，不使向叶轮21a、22a的负荷增加，能够将足够的流量的气体供给至扩压器21h、22h，不使向马达的负荷增加而能够抑制压力波的产生。即，无论被吸入至第一离心压缩机21的气体的流量怎么小，都能够使能够抑制压力波的流量的气体流入至各离心压缩机21、22的扩压器21h、22h。

从而根据本实施方式，在借助多个相对于气体的流动方向而串联地排列的离心压缩机21、22压缩气体的涡轮压缩装置中，通过抑制离心压缩机21、22中的压力波的产生且使马达的负荷充分地降低，能够使能量的消耗量降低。

此外根据本实施方式的涡轮压缩装置及涡轮压缩装置的控制方法，在需求端的装置的气体的需求流量为零时，维持气体压缩部2中的气体的吸入，且从气体压缩部2排出的气体的一部分(从气体压缩部2排出的气体中的不被循环供给的气体)不向需求端的装置供给而将其排出。因此即便在需求端的装置的气体的需求量为零时，也不使进口导流叶片1完全关闭，能够将涡轮压缩装置S的动作维持为最低限的能量消耗。由此，在需求再次向需求端的装置供给气体时能够迅速地再次开始供给。

此外根据本实施方式的涡轮压缩装置及涡轮压缩装置的控制方法，令预先存储在控制装置8的有关于第一离心压缩机21及第二离心压缩机22的设定值为将离心压缩机21、22的压力波界限的流量与既定的安全系数结合而成的值。因此，相对于压力波界限的流量有余量地对各离心压缩机21、22循环供给气体，所以能够可靠地抑制压力波的产生。

此外一般在气体压缩部2中，相对于气体的流动方向而位于下游侧的离心压缩机一方的流量系数小，因此首先将气体循环供给至位于下游侧的离心压缩机。但是，例如通过将关于第一离心压缩机21的设定值中的安全系数设定为比关于第二离心压缩机22的设定值中的安全系数大，能够同时开始对各离心压缩机21、22的气体的循环供给，能够令控制简单化。

以上，参照附图说明了本发明的气体压缩装置及气体压缩装置的控制方法的优选的实施方式，但是本发明并不限定于上述实施方式。在上述的实施方式中所示的各构成部件的诸形状及组合等为一例，在不脱离本发明的主旨的范围内可以基于设计要求等而进行种种变更。

例如在上述实施方式中，说明了涡轮压缩装置所具有的离心压缩机为两个的情况。

但是本发明并不限定于此，离心压缩机也可以是三个以上。此时，可以采用以下构成：例如通过适当地设定关于各离心压缩机的上述设定值的安全系数而对几个离心压缩机使气体同时循环供给。

在具有三个离心压缩机时，具体而言，如图5的示意图所示，可以以最下游的离心压缩机X3、中游的离心压缩机X2、最上游的离心压缩机X1的顺序阶段地开始气体的循环供给，也可以如图6的示意图所示，对最下游的离心压缩机X3及中游的离心压缩机X2同时开始循环供给，之后对最上游的离心压缩机X1开始循环供给，也可以如图7的示意图所示，在对最下游的离心压缩机X3开始循环供给之后，对中游的离心压缩机X2及最上游的离心压缩机X1同时开始循环供给。

最终下游的压缩段因流量系数小而首先进入波动(サ一ジ)，因此无论何时都要首先开始向位于下游侧的离心压缩机的循环供给，之后开始向位于上游侧的离心压缩机的循环供给。

此外在上述实施方式中说明了如下构成，借助流量检测器6直接计测从气体压缩部2排出的气体的流量，控制装置8基于该计测结果而获得需求端的装置的气体的需求量。

但是本发明并不限定于此，也可以代替流量检测器6而计测马达23的消耗电流或消耗电力，由此间接地计测从气体压缩部2排出的气体的流量。即便借助这样的构成，也能够基于计测结果获得需求端的装置的气体的需求量。

此外在上述实施方式中，说明了作为本发明的压缩机构而具有离心压缩机21、22的构成。

但是本发明并不限定于此，作为本发明的压缩机构也可以使用轴流压缩机。

此外在上述实施方式中，说明了作为本发明的驱动机构而具有马达的构成。

但是本发明并不限定于此，作为本发明的驱动机构，可以使用柴油发动机等的发动机、及汽轮机等的涡轮机。此时，可以代替流量检测器6而通过检测发动机及涡轮机的转矩而获得需求端的装置的气体的需求量。

此外在上述实施方式中，说明了马达23的转速为一定的构成。但是本发明并不限定于此，例如也可以使马达23的转速与气体压缩部2的气体的吸入量相对应地变化。此时，作为马达23而大多使用变频马达。

此外在上述实施方式中，说明了如下构成，在叶轮21a、22a的稍后方配置有扩压器21h、22h，且将气体循环供给至扩压器21h、22h。

但是本发明并不限定于此，例如在叶轮21a、22a与扩压器21h、22h之间存在节流流路等时，也可以使气体循环供给至扩压器21h、22h或上述扩压器21h、22h与叶轮21a、22a之间(即节流流路)。

此外本发明也可以应用于：将多个离心压缩机多级地配置在一轴上的一轴多级的多级压缩机、及经由齿轮增速机构将离心压缩机配置在多个轴的各轴上的多轴多级的多级压缩机。

此外作为本发明的气体，例如可以使用空气、氮、氧或碳酸气体。

产业上的利用可能性

根据本发明的气体压缩装置及气体压缩装置的控制方法，能够抑制离心压缩机中的压力波的产生且使马达的负荷充分地降低，能够使能量的消耗量降低。

Claims (10)

1.一种气体压缩装置，将多个压缩机构相对于气体的流动方向串联地排列，所述压缩机具有对气体提供速度能量的叶轮和将上述速度能量转换为压力能量的扩压器，且将经由多个上述压缩机构而被压缩的气体供给至既定的需求端，其特征为，

具有：驱动机构，将动力供给至上述叶轮；

流量调节机构，调节被吸入至相对于上述气体的流动方向而位于最上游的压缩机构的气体的流量；

循环供给机构，能够将从相对于上述气体的流动方向位于最下游的压缩机构排出的气体的至少一部分向各压缩机构的上述扩压器或上述扩压器与上述叶轮之间循环供给；

控制机构，至少控制上述驱动机构、上述流量调节机构及上述循环供给机构，

上述控制机构，

根据上述需求端的上述气体的需求量而控制上述流量调节机构，

在各压缩机构中，在被吸入的上述气体的流量低于基于上述压缩机构中的压力波界限而设定的设定值时，控制上述循环供给机构而将上述气体的一部分循环供给至上述压缩机构。

2.如权利要求1所述的气体压缩装置，其特征为，

具有：压力检测机构，检测从位于最下游的压缩机构排出的气体的压力；流量检测机构，检测从位于最下游的压缩机构排出的气体的流量，

上述控制机构在上述压力检测机构及上述流量检测机构中，至少将上述压力检测机构的检测结果作为上述需求端的上述气体的需求量而进行上述流量调节机构的控制。

3.如权利要求1所述的气体压缩装置，其特征为，上述控制机构，从位于最下游的压缩机构向上游的压缩机构阶段地开始基于上述循环供给机构的上述气体的循环供给。

4.如权利要求1所述的气体压缩装置，其特征为，上述设定值是将上述压缩机构中的压力波界限的流量和既定的安全系数结合而成的值。

5.如权利要求1所述的气体压缩装置，其特征为，上述控制机构，在上述需求端的上述气体的需求量为零时，维持相对于上述气体的流动方向位于最上游的压缩机构中的上述气体的吸入，并且将从相对于上述气体的流动方向位于最下游的压缩机构排出的气体的一部分不向上述需求端供给而进行排气。

6.一种气体压缩装置的控制方法，将多个压缩机构相对于气体的流动方向而串联地排列，所述压缩机构具有对气体提供速度能量的叶轮和将上述速度能量转换为压力能量的扩压器，将经由多个上述压缩机构而被压缩的气体供给至既定的需求端，其特征为，

与上述需求端的上述气体的需求量相对应而调节被吸入至相对于上述气体的流动方向位于最上游的压缩机构的气体的流量，

在各压缩机构中，在被吸入的上述气体的流量低于基于上述压缩机构的压力波界限而设定的设定值时，将从相对于上述气体的流动方向位于最下游的压缩机构排出的气体的至少一部分向各压缩机构的扩压器或上述扩压器与上述叶轮之间循环供给。

7.如权利要求6所述的气体压缩装置的控制方法，其特征为，检测从位于最下游的压缩机构排出的气体的压力及流量，在上述检测结果中，至少将上述压力作为上述需求端的上述气体的需求量，控制被吸入至位于最上游的压缩机构的气体的流量。

8.如权利要求6所述的气体压缩装置的控制方法，其特征为，从位于最下游的压缩机构向上游的压缩机构阶段地开始上述气体的循环供给。

9.如权利要求6所述的气体压缩装置的控制方法，其特征为，设定值是将上述压缩机构的压力波界限的流量和既定的安全系数结合而成的值。

10.如权利要求6所述的气体压缩装置的控制方法，其特征为，在上述需求端的上述气体的需求量为零时，维持相对于上述气体的流动方向而位于最上游的压缩机构中的上述气体的吸入，并且从相对于上述气体的流动方向位于最下游的压缩机构排出的气体的一部分不向上述需求端供给而进行排气。

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