CN102052316A - 外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体机械技术领域，具体地说是一种外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机系统，采用设有组合控制阀的卧式油气分离罐；螺杆压缩机置于卧式油气分离罐上，采用可调张紧力式传动系统；采用外转子涡旋冷却系统；智能控制系统设在外壳体内的门盖处，智能控制系统控制上述各部件。本发明同现有技术相比，采用卧式油气分离罐、可调张紧力式传动系统、外转子涡旋冷却系统，并由智能控制，高效节能，环保效果、经济效果显著，提高机组的效率及可靠性和长寿命，适用于更多经济应用领域，将会创造更实际、更广泛的社会经济效益。

Description

外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机系统

[技术领域]

本发明涉及流体机械技术领域，具体地说是一种外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机系统。

[背景技术]

原螺杆压缩机系统工况存在的缺陷是主电机虽然星三角降压起动，但起动时的电流仍然很大，会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全，噪音也很大。主电机时常空载运行，属非经济运行，电能浪费严重。自动控制调节主要对象是空气的压力，普通电动机驱动本身不能调速，设计上不能进行频繁启动，导致供气量少的时候电机仍然要空载运转，浪费三分之一电能。经常卸载和加载导致管网压力经常变化，波动、不稳定。

随着社会的不断进步和科学的发展，节能环保技术是工业设计主流方向。自从20世纪末至21世纪初现有螺杆机大批量代替传统活塞占领市场以来，螺杆机经历了多次的改革。随着计算机技术的引入，工程师们主要通过以下几个方面进行节能环保设计：进气控制阀调节进气量、降低机头比功率一直受欧美国家市场垄断和技术控制、多机组联控、外置热能回收装置、齿轮箱调速直联、罩壳式密封噪音。大都采用普通三相异步电机驱动，直立内置油气分离，进口螺杆机头，水冷或轴流风扇冷却，同样，对整个螺杆压缩机行业产品，也已大致类同。综合上述，要在短期内，从螺杆机械上获取更大程度的节能和环保效果则显得更为艰巨。同时，从能耗角度上讲，最终用户更关心的不是压缩机轴功率的能耗比，而是输入功率的能耗比。

螺杆压缩机的驱动轴上所需要的轴功率，与排气压力、螺杆压缩机转速有直接的关系，即在实际运行中，由于压缩空气的使用随时在变化，螺杆压缩机并不经常在额定工况下运行，而螺杆压缩机的排气压力的高低则直接影响实际轴功率的大小，排气压力越高，所需轴功率也越大。另外，为满足用气量随时变化的要求，储气罐内气体必须保持一定的压力，对于螺杆压缩机气量的供求关系表现为排气压力的变化。螺杆压缩机排气量正好满足生产用气量要求时，储气压力保持不变，若能维持这种状态当然最佳，但实际上用气量是随时变化的，而且设计选型中螺杆压缩机排气量都要偏大于用气量，如果螺杆压缩机仍恒速运转，则储气罐内气体越积越多，当罐内压力上升达到设定压力时，一般采用两种办法：一种是螺杆压缩机卸荷运行，不产生压缩气体，永磁电机处于空载运行，其用电量仍为满负载的30％-60％，这部分电能被白白浪费掉；另外一种办法是停止螺杆压缩机运行，这样似乎螺杆压缩机空转或不断放空所浪费的电能被消除了，但是若无容积较大的储气罐，将会带来普通电机的频繁启动，螺杆压缩机的空载启动电流大约是额定电流的5～7倍，对电网及其他用电设备冲击较大，同时螺杆压缩机的使用寿命也会缩短。螺杆压缩机的有些调节方式，如调节阀门或用膨胀阀调节卸载等，即使在需要流量较小的情况下，普通电机转速不变，普通电机功率下降值很小。采用永磁变频调速后，当用气量减小时，就可降低永磁电机的转速，从而较大幅度减小永磁电机运行功率，进一步实现节能的目的，同时还能十分方便地进行连续调节，能保持压力、流量、温度等参数的稳定，从而大幅度提升了控制品质。

[发明内容]

本发明的目的是克服现有技术的不足，在压缩机的驱动、主机、冷却、分离结构及智能运行上采用新颖的结构和设计，实现在本行业内以真正全智能化、节能、高效、低碳、环保设计的全创新高科技产品逐步代替市场现有过渡性产品。

为实现上述目的，设计一种外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机系统，包括在外壳体内所设的传动系统、冷却系统、油气分离系统、设有处理软件的智能控制系统、空气过滤器、螺杆主机、冷却器架，其特征在于：所述的油气分离系统主要采用设有组合控制阀的卧式油气分离罐，卧式油气分离罐放置在外壳体内底板上近右后方位置，卧式油气分离罐上方一侧设有主机安放架；所述的主机安放架上放置一螺杆主机，螺杆主机的排气管贯穿主机安放架后直接接入卧式油气分离罐内；所述的卧式油气分离罐内对应螺杆主机的排气管的下方还设有导流板，卧式油气分离罐的左端设有弯管式的出油管；所述的传动系统为可调张紧力式传动系统，即在外壳体内底板上近左后方位置设铰链轴固定架，铰链轴固定架上方固定永磁变频电机，永磁变频电机上所设的锥套式主动轮采用联组V带连接螺杆主机上所设的锥套式从动轮所组成；所述的螺杆主机的进气口处采用进气控制阀控制连接空气过滤器，所述的进气控制阀的信号端连接控制电磁阀的一端，螺杆主机的排气端还设有温度传感器；

在永磁变频电机上方的外壳体内采用冷却系统安装架固定冷却系统，所述的冷却系统采用外转子涡旋冷却系统，所述的外转子涡旋冷却系统是在冷却器架内从前至后主要依次设具有后冷却侧和油冷却侧的板翅冷却器、密封静压箱、椭圆导风圈、涡旋叶片扇、外转子驱动、内转子；所述的板翅冷却器的后冷却侧还设有压力传感器；

智能控制系统设在外壳体内的门盖处，门盖外设有触摸显示屏，智能控制系统的多路输出控制线路分别连接温度传感器的信号端、压力传感器的信号端、板翅冷却器油冷却侧的控制信号端、螺杆主机的控制电磁阀的控制信号端、永磁变频电机的变频器的一路信号端及触摸显示屏的一路信号端，变频器的另一路信号端连接触摸显示屏的另一路信号端，智能控制系统中的处理软件进行如下控制处理：(1)待机停车状态；(2)CPU通电启动；(3)判断是否有“初始化点动命令”；(4)没有初始化点动命令，则进入“手动点动运行”，再回到“CPU通电启动”步骤；(5)有初始化点动命令，则再判断是否“参数化运行命令有效”；(6)参数化运行命令无效，则回到待机停车状态；(7)参数化运行命令有效，则判断“相序是否正常”；(8)相序不正常，则进入“反馈反向运行”后，再回到判断是否“参数化运行命令有效”步骤；相序正常，则判断是否“闭环设置有效”；(10)“闭环设置有效”为是，则判断是否“CPU设置有效”；“闭环设置有效”为否，则判断是否“闭环失效程序跳跃”，“闭环失效程序跳跃”为否，则进行“闭环运行”后，再回到判断是否“参数化运行命令有效”步骤；“闭环先效程序跳跃”为是，则也进入判断是否“CPU设置有效”步骤；(11)“CPU设置有效”为是，则进行“数据输入输出处理”后，进行“智能控制系统无级调速运行”；若“CPU设置有效”为否，则判断是否“CPU失效矢量计算程序跳跃”，“CPU失效矢量计算程序跳跃”为否，则进入“CPU运行”后，再回到判断是否“参数化运行命令有效”步骤；“CPU失效矢量计算程序跳跃”为是，则进行“数据输入输出处理”后，进行“智能控制系统无级调速运行”。

所述的组合控制阀是在分离阀的上方一体式连接温控阀，分离阀与温控阀之间设有内置的贯通分离阀与温控阀的进回油口；分离阀在其不同方向上还分别设有分离阀出气口、分离阀回油口、后冷却口器通道、外置油分接口，所述的后冷却口器通道的外端旋接最小压力阀，并在最小压力阀上设后冷却器接口，后冷却器接口经最小压力阀内所设的通道与后冷却器通道贯通，外置油分接口上旋接外置式油分滤芯，分离阀出气口采用线路连接螺杆主机的控制电磁阀的另一端，分离阀回油口采用管路连接螺杆主机回油口，分离阀的后冷却器接口采用管路连接板翅冷却器的后冷却侧的进气口，板翅冷却器的后冷却侧的出气口采用管路连接设于外壳体上的供气阀；所述的温控阀还设有温控阀进油口、温控阀出油口、冷却油回口、冷却油进口、油过滤器接口，所述的油过滤器接口上旋接机油过滤器，温控阀进油口管道连接卧式油气分离罐的出油管的外端口，温控阀的出油口分两路管道分别连接螺杆主机的进油口和螺杆主机的轴承座喷油口，温控阀的冷却油回口连接板翅冷却器的油冷却侧的进油口，温控阀的冷却油进口连接板翅冷却器的油冷却侧的出油口。

所述的“数据输入输出处理”包括“模拟量输入输出处理”和“开关量输入输出处理”，所述的“模拟量输入处理”为；(1)将模拟量输入变频器，(2)“计算相位脉宽值”；(3)判断是否“压力矢量小于设定值”；(4)若压力矢量小于设定值，则进入“加速是否过电流电压”步骤；若压力矢量不小于设定值，则判断是否“I/O初始TC中断允许”，I/O初始TC中断允许，则也进入“加速是否过电流电压”步骤；I/O初始TC中断不允许，则再判断是否“温度矢量大于设定值”，温度矢量大于设定值，则返回“待机停车状态”；温度矢量不大于设定值，则也进入“加速是否过电流电压”步骤；(5)加速过电流电压，则回到“计算相位脉宽”步骤；加速没过电流电压，则判断“恒速是否过电流电压”；(6)恒速没过电流电压的，则进入“深度模拟量系数输出”；恒速过电流电压的，则判断“是否恒速休眠”，若恒速为休眠则返回“待机停车状态”，若恒速不休眠，则也进入“深度模拟量系数输出”；所述的“开关量输入输出处理”为依次进行“开关量输入”、冷却调节器启动、判断是否“开关量模块正常”，开关量模块正常则进行“开关量输出”，开关量模块不正常则进入是否进行“分段函数运行”，进行分段函数运行，则进入“开关量输入”步骤，不进行分段函数运行，则返回“数据输入输出处理”。

在外壳体的门盖上近下部处还设有进气消声窗，外壳体的后侧设百叶式进风窗。

空气过滤器与进气控制阀之间还设有真空报警器。

连接分离阀回油口与螺杆主机回油口之间的管路上还设有回油窥视镜。

分离阀出气口端还设有压力保护器。

卧式油气分离罐左右两端分别设封头，右端封头外所设的法兰上还设有安全阀和油位计，卧式油气分离罐的罐体上半部前侧设有加油孔，卧式油气分离罐的罐体下半部前侧设有排污球阀，卧式油气分离罐底部还设有安装支脚。

卧式油气分离罐和铰链轴固定架安装在安装板上，安装板下设有阻尼式弹性减震器，所述的铰链轴固定架是在固定板上采用铰接螺栓连接螺栓支撑件。

外转子涡旋冷却系统中的内转子下采用T形支撑架固定，椭圆导风圈与密封静压箱之间还设有固定底板。

所述的导流板为在水平底板的左右两端设左挡板、右挡板，近右挡板处的水平底板上还设有中间挡板，左、中、右档板的高度依次递增，左、中、右档板的顶部设为水平，左、中、右档板的前后边缘分别设为契合卧式油气分离罐圆桶形状的圆弧形，在左挡板与水平底板连接处、中挡板与右挡板之间的水平底板上、右挡板上分别设有导流孔，右挡板上的导流孔至少设一个。

本发明同现有技术相比，采用卧式油气分离罐、可调张紧力式传动系统、外转子涡旋冷却系统，并由智能控制，高效节能，环保效果、经济效果显著，提高机组的效率及可靠性和长寿命，适用于更多经济应用领域，将会创造更实际、更广泛的社会经济效益。

[附图说明]

图1为本发明的工作原理连接示意图。

图2为本发明的主视图。

图2a为本发明的后视图。

图3为本发明外壳体内的后视图。

图4为本发明外壳体内的左视图。

图5为本发明外壳体内的俯视图。

图6为本发明中组合控制阀的示意图。

图7为图6中未旋接外置式油分滤芯51和机油过滤器52的示意图。

图8为图6的纵剖示意图。

图9为本发明中卧式油气分离罐的示意图。

图9a、9b、9c分别为本发明中导流板的主视图、左视图、俯视图。

图10为本发明中传动系统结构示意图。

图11为本发明中外转子涡旋冷却系统的结构示意图。

图11a为图11的B-B向视图。

图12为本发明的智能控制系统的原理框图。

图13为本发明的程序处理流程框图。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步地说明。

参见图1至图11a，本发明中外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机系统，包括在外壳体内所设的传动系统、冷却系统、油气分离系统、设有处理软件的智能控制系统、空气过滤器、螺杆主机、冷却器架，其特征在于：所述的油气分离系统主要采用设有组合控制阀5的卧式油气分离罐4，卧式油气分离罐4放置在外壳体101内底板上近右后方位置，卧式油气分离罐4上方一侧设有主机安放架403；所述的主机安放架403上放置一螺杆主机2，螺杆主机2的排气管3贯穿主机安放架403后直接接入卧式油气分离罐4内；所述的卧式油气分离罐4内对应螺杆主机2的排气管3的下方还设有导流板401，卧式油气分离罐4的左端设有弯管式的出油管402；所述的传动系统为可调张紧力式传动系统，即在外壳体101内底板上近左后方位置设铰链轴固定架207，铰链轴固定架207上方固定永磁变频电机1，永磁变频电机1上所设的锥套式主动轮204采用联组V带205连接螺杆主机2上所设的锥套式从动轮206所组成；所述的螺杆主机2的进气口处采用进气控制阀9控制连接空气过滤器7，所述的进气控制阀9的信号端连接控制电磁阀12的一端，螺杆主机2的排气端还设有温度传感器16；

在永磁变频电机1上方的外壳体内采用冷却系统安装架107固定冷却系统，所述的冷却系统采用外转子涡旋冷却系统18，所述的外转子涡旋冷却系统18是在冷却器架115内从前至后主要依次设具有后冷却侧19和油冷却侧20的板翅冷却器108、密封静压箱114、椭圆导风圈110、涡旋叶片扇109、外转子驱动111、内转子111-1；所述的板翅冷却器108的后冷却侧19还设有压力传感器17；

智能控制系统15设在外壳体101内的门盖112处，门盖112外设有触摸显示屏11，智能控制系统15的多路输出控制线路分别连接温度传感器16的信号端、压力传感器17的信号端、板翅冷却器108油冷却侧20的控制信号端、螺杆主机2的控制电磁阀12的控制信号端、永磁变频电机1的变频器14的一路信号端及触摸显示屏11的一路信号端，变频器14的另一路信号端连接触摸显示屏11的另一路信号端。

所述的组合控制阀5一体式设在卧式油气分离罐4上部另一侧，组合控制阀5为在分离阀501的上方一体式连接温控阀502，分离阀501与温控阀502之间设有内置的贯通分离阀501与温控阀502的进回油口62；分离阀501在其不同方向上还分别设有分离阀出气口61、分离阀回油口60、后冷却口器通道503、外置油分接口53，所述的后冷却口器通道503的外端旋接最小压力阀50，并在最小压力阀50上设后冷却器接口59，后冷却器接口59经最小压力阀50内所设的通道与后冷却器通道503贯通，外置油分接口53上旋接外置式油分滤芯51，分离阀出气口61采用线路连接螺杆主机2的控制电磁阀12的另一端，分离阀回油口60采用管路连接螺杆主机回油口202，分离阀的后冷却器接口59采用管路连接板翅冷却器108的后冷却侧19的进气口，板翅冷却器108的后冷却侧19的出气口采用管路连接设于外壳体101上的供气阀21；所述的温控阀502还设有温控阀进油口58、温控阀出油口57、冷却油回口56、冷却油进口55、油过滤器接口54，所述的油过滤器接口54上旋接机油过滤器52，温控阀进油口58管道连接卧式油气分离罐4的出油管402的外端口，温控阀的出油口57分两路管道分别连接螺杆主机的进油口201和螺杆主机的轴承座喷油口203，温控阀的冷却油回口56连接板翅冷却器108的油冷却侧20的进油口，温控阀的冷却油进口55连接板翅冷却器108的油冷却侧20的出油口。在外壳体101的门盖112上近下部处还设有进气消声窗113，外壳体101的后侧设百叶式进风窗118。空气过滤器7与进气控制阀9之间还设有真空报警器8。连接分离阀回油口60与螺杆主机回油口202之间的管路上还设有回油窥视镜10。分离阀出气口61端还设有压力保护器13。

卧式油气分离罐4右端所设的法兰407上还设有安全阀405和油位计406，卧式油气分离罐4的罐体上半部前侧设有加油孔404，卧式油气分离罐4的罐体下半部前侧设有排污球阀415，卧式油气分离罐4底部还设有安装支脚410。

卧式油气分离罐4和铰链轴固定架207安装在安装板213上，安装板213下设有阻尼式弹性减震器212，所述的铰链轴固定架207是在固定板210上采用铰接螺栓209连接螺栓支撑件211。

外转子涡旋冷却系统18中的内转子下111-1采用T形支撑架117固定，椭圆导风圈110与密封静压箱114之间还设有固定底板116。

所述的导流板401为在水平底板411的左右两端设左挡板414、右挡板412，近右挡板412处的水平底板411上设有中间挡板413，左、中、右档板的高度依次递增，左、中、右档板的顶部设为水平，左、中、右档板的前后边缘分别设为契合卧式油气分离罐圆桶形状的圆弧形，在左挡板414与水平底板411连接处、中挡板413与右挡板412之间的水平底板411上、右挡板412上分别设有导流孔408，右挡板412上的导流孔408至少设一个。

参见图1，在本发明中主要包括通讯线路和四种管路，四种管路包括气管路、控制管路、油气混合管路、油管路，其中通讯线路主要是指设在外壳体101内门盖112处所设的智能控制系统15所涉及的控制线路，即智能控制系统15的多路输出控制线路分别连接温度传感器16的信号端、压力传感器17的信号端、板翅冷却器108油冷却侧20的控制信号端、螺杆主机2的控制电磁阀12的控制信号端、永磁变频电机1的变频器14的一路信号端及触摸显示屏11的一路信号端，变频器14的另一路信号端连接触摸显示屏11的另一路信号端。

气管路主要是与分离阀501的后冷却口器通道503贯通的设在最小压力阀50上的后冷却器接口59与外转子涡旋冷却系统18中的板翅冷却器108中后冷却侧19的进气口之间的连接管路，以及后冷却侧19的出气口与外壳体上所设的供气阀21之间的连接管路为气管路；

所述的控制管路主要是螺杆主机2上所设的控制电磁阀12对进气控制阀9的控制以及对分离阀出气口61的出气量的控制。

所述的油气混合管路主要是指螺杆主机2的混合油气经排气管3到卧式油气分离罐4中，再经分离阀501的外置油分接口53到外置式油分滤芯51的路线。

所述的油管路主要是指温控阀502所设的温控阀进油口58、温控阀出油口57、冷却油回口56、冷却油进口55四个接口所连接的相关管路，即温控阀进油口58采用油管路连接卧式油气分离罐4的出油管402的外端口，温控阀温控阀的出油口57分两路管道分别连接螺杆主机的进油口201和螺杆主机的轴承座喷油口203，温控阀的冷却油回口56连接板翅冷却器108的油冷却侧20的进油口，温控阀的冷却油进口55连接板翅冷却器108的油冷却侧20的出油口。

空气由空气过滤器7滤去尘埃后，由控制电磁阀12来控制，经进气控制阀9进入螺杆主机2的进气口，本发明中螺杆主机采用u系列螺杆主机，被螺旋公转子和母转子压缩，压缩后的油气混合气从螺杆主机2的排气管3排出，进入油气分离系统中卧式油气分离罐4，经卧式油气分离罐4中的导流板401进行粗分离后，再经组合控制阀5中外置式油分滤芯51进行第二次的精分离后，气体依次经分离阀501上的最小压力阀50，再经后冷却器接口59通过气管路进入外转子涡旋冷却系统18中板翅冷却器108的后冷却侧19的进气口，然后从板翅冷却器108的出气口，再经供气阀21排出。而分离出来的油则留在卧式油气分离罐4中作为润滑油进入润滑油循环系统，即在卧式油气分离罐4内的油，在气体压力的推动下，进入油管路中，通过温控阀502、板翅冷却器108中的油冷却侧20，再经机油过滤器52过滤后，分成两路，一路由螺杆主机2下部喷入螺杆主机公、母转子中，另一路引入螺杆主机2前后轴承座润滑轴承，而后两路再汇集到螺杆主机公、母转子中与螺杆主机2吸入的气体一起混合，排入卧式油气分离罐4中，经卧式油气分离罐4分离后，留于卧式油气分离罐4中，并进入下一循环。

上述运行主要通过智能控制系统配合来实现控制，参见图12，图13，三相电源分别连接外转子涡旋冷却系统中涡旋叶片扇的驱动电机M2、永磁变频电机1中变频器14的供电端子、通电电流检测模块中电流检测变压器的一端、通电相序检测模块的一端；通电电流检测模块的另一端、通电相序检测模块的另一端、模拟量输入模块、模拟量输出模块的一端、开关量输入模块、开关量输出模块、分别接入智能控制系统的多路信号端口中，且触摸显示屏11与智能控制系统也有通信，模拟量输出模块的另一端连接永磁变频电机1中变频器14的控制端子。变频器的控制端子包括CC1、GND、PE、TA、TC、FWD、COM等。所述的触摸显示屏11还预设有联机远程接口。所述的联机远程接口为RS-485接口。所述的模拟量输入模块中所设的模拟量包括排气温度、排气压力、供气温度、供气压力、喷油量等信号。所述的开关量输入模块中所设的开关量包括超压保护、油滤保护、空虑保护、油分保护、变频器故障、过载保护、堵转保护、冷却保护、频繁启动保护、停机保护等信号。开关量输出模块中所设的开关量包括永磁电机接触器信号、控制电磁阀信号、外转子涡旋接触器信号、变频器信号、测试信号等。智能控制系统15中的处理软件设有如下处理程序：

1、待机停车状态；2、CPU通电启动；3、判断是否有“初始化点动命令”；4、没有初始化点动命令，则进入“手动点动运行”，再回到“CPU通电启动”步骤；5、有初始化点动命令，则再判断是否“参数化运行命令有效”；6、参数化运行命令无效，则回到待机停车状态；7、参数化运行命令有效，则判断“相序是否正常”；8、相序不正常，则进入“反馈反向运行”后，再回到判断是否“参数化运行命令有效”步骤；相序正常，则判断是否“闭环设置有效”；10、“闭环设置有效”为是，则判断是否“CPU设置有效”；“闭环设置有效”为否，则判断是否“闭环失效程序跳跃”，“闭环失效程序跳跃”为否，则进行“闭环运行”后，再回到判断是否“参数化运行命令有效”步骤；“闭环先效程序跳跃”为是，则也进入判断是否“CPU设置有效”步骤；11、“CPU设置有效”为是，则进行“数据输入输出处理”后，进行“智能控制系统无级调速运行”；若“CPU设置有效”为否，则判断是否“CPU失效矢量计算程序跳跃”，“CPU失效矢量计算程序跳跃”为否，则进入“CPU运行”后，再回到判断是否“参数化运行命令有效”步骤；“CPU失效矢量计算程序跳跃”为是，则进行“数据输入输出处理”后，进行“智能控制系统无级调速运行”。所述的“数据输入输出处理”包括“模拟量输入输出处理”和“开关量输入输出处理”，所述的“模拟量输入处理”为；1、将模拟量输入变频器，2、“计算相位脉宽值”；3、判断是否“压力矢量小于设定值”；4、若压力矢量小于设定值，则进入“加速是否过电流电压”步骤；若压力矢量不小于设定值，则判断是否“I/O初始TC中断允许”，I/O初始TC中断允许，则也进入“加速是否过电流电压”步骤；I/O初始TC中断不允许，则再判断是否“温度矢量大于设定值”，温度矢量大于设定值，则返回“待机停车状态”；温度矢量不大于设定值，则也进入“加速是否过电流电压”步骤；5、加速过电流电压，则回到“计算相位脉宽”步骤；加速没过电流电压，则判断“恒速是否过电流电压”；6、恒速没过电流电压的，则进入“深度模拟量系数输出”；恒速过电流电压的，则判断“是否恒速休眠”，若恒速为休眠则返回“待机停车状态”，若恒速不休眠，则也进入“深度模拟量系数输出”；所述的“开关量输入输出处理”为依次进行“开关量输入”、冷却调节器启动、判断是否“开关量模块正常”，开关量模块正常则进行“开关量输出”，开关量模块不正常则进入是否进行“分段函数运行”，进行分段函数运行，则进入“开关量输入”步骤，不进行分段函数运行，则返回“数据输入输出处理”。

为实现上述目的，设计外转子涡旋冷却永磁变频螺杆压缩机产品主要通过以下五大新系统的新颖设计结合实现：

一、传动系统

参见图10，采用永磁变频电机1，即在永磁电机上连接变频器构成，可自由调速进行驱动U系列螺杆主机，其所设的变频器14，可逆时针旋转，U系列螺杆主机公转子轴外侧向内拖动，合理力矩分布提高主机使用寿命，永磁变频电机1安装在铰链轴固定架207上，采用铰接螺栓209连接螺栓支撑件211来支撑调节中心距自由张紧拉力，安装位置调整后可用沉槽紧定螺钉锁紧。同时采用新一代的联组V带205传动传送功率，无需定期调整免维护，联组V带205侧面和带轮槽可以完美的契合，联组V带205通过表面织物的改善减少带轮槽磨损和裂缝，含有张力线，振动小运行非常平稳，可抗冲击荷载，在可控制条件下适合用于反向弯曲、有更大的长度调节范围不需测量有效也可减少槽数，采用锥套式主、从带轮，安装拆卸比较方便，不用拉马工具，同一种皮带轮规格可通过更换自锁锥套208来适应不同的轴径。所有传动部件安装在安装板213上，并由安装板213下四个角处所设的四点式阻尼式弹性减震器进行支撑，避免共振衰减振动。

二、冷却系统

参见图11、图11a，冷却系统采用外转子涡旋冷却系统18，是在冷却器架115内从前至后依次设具有后冷却侧19和油冷却侧20的板翅冷却器108、密封静压箱114、固定底板116、椭圆导风圈110、涡旋叶片扇109、外转子驱动111、内转子111-1；所述的板翅冷却器108的后冷却侧19还设有压力传感器17；冷却器架115外采用冷却系统安装架107固定在外壳体101内，由于板翅冷却器108外侧设有侧盖板，从而达到了显著静音、冷却效率高、安装空间紧凑、节能的效果，整体噪音小于65dBA。

采用外转子涡旋冷却系统18，涡旋叶片扇109依次连接外转子驱动111和内转子111-1，而内转子111-1下采用T形支撑架117支撑，并通过板翅冷却器108强制吸风冷却，按散热比例分配油冷却侧20和后冷却侧19部分，按照流体力学原理形成自然风场流动，由椭圆风圈经外壳体101后侧所设的百叶式进风窗118导入空气进密封静压箱114，再经板翅冷却器强制冷却吸风，形成侧向吸风式。

三、智能控制系统

永磁变频电机1所设的变频器14与智能控制系统15及触摸显示屏11连接进行通讯联系。

A、智能控制系统的具体控制过程如下：

外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机启动

触摸触摸显示屏11上的起动：柔性起动，则智能控制系统上电后有3秒自检，再按

不能起动，自检结束后变频器14得电；触摸键变频器14得到运行信号，永磁变频电机1中的主电机——永磁电机开始启动，经过几秒加速从零速到全速后，即达额定转速后，启动过程结束。

外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机无级变速自动运行控制：

永磁电机启动到全速运转状态后，延时一段时间，控制电磁阀12得电，螺杆主机2开始加载，螺杆主机2的储气罐压力开始升高，当气压升高到达设定变频工作压力值时，永磁电机开始减速运行，即减小变频器14输出频率，以维持储气罐压力在恒定值，即设定变频工作压力值，如永磁电机能在下限频率，即下限转速内始终保持储气罐压力恒定，则螺杆主机2始终在下限频率和上限频率之间调整，以维持储气罐压力在恒定值；如永磁变频电机至下限频率时储气罐压力还在上升，到压力上升至压力上限时螺杆主机2空载运行；如果在规定的时间内，即空载时间内，气压又降低于设定的压力下限，控制电磁阀12又得电，螺杆主机2正常压缩空气，提高储气罐压力；如果在空载时间内，储气罐压力没有降到压力下限，智能控制系统15将自动停止永磁电机工作，实现空载过久自动停机的功能；只有当压力降到供气加载压力时，永磁变频电机中的永磁电机自动按启动过程启动运行，如此往复循环。

正常停机：

触摸触摸显示屏11上的

键，延时一段时间，即变频器14减速时间后，永磁电机停止运转，在触摸

键同时延时一段时间后，即停机延时时间，外转子涡旋冷却系统18中涡旋叶片扇109的外转子驱动111停止运转，只有触摸

才能重新起动螺杆主机2。

由永磁变频电机1、螺杆主机2组成压力闭环控制系统自动调节永磁电机转速，使螺杆主机2的储气罐内空气压力稳定在设定范围内，进行恒压控制，反馈压力与设定压力进行比较运算，实时控制永磁变频电机1中的变频器14的输出步，从而调节永磁电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定压力上。使用变频器14采用智能控制方式预设一个压力值，当实际压力小于设定值时就加压，大于设定值时就不加压而转入另外一个状态就可以了，也节电，同时启动曲线也会好一些，用不着星三角启动了，也减小了对电网的冲击，永磁电机用变频器14驱动之后，就是平滑启动，启动电流即运行电流，省电效果明显。

所以智能控制系统满足以下要求：永磁电机变频运行状态保持储气罐出口压力稳定；具有变频和工频两套控制回路；具有开环和闭环两套控制回路；根据外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机的工况要求，智能控制系统15应保障永磁变频电机具有恒转矩运行特性一；为了防止非正弦波干扰螺杆主机2的控制电磁阀12，变频器14输入端设有反向滤波电路作为抑制电磁干扰的有效措施；在用电气量小的情况下，变频器14处在低频运行时，保障永磁变频电机的定子绕组温度和永磁变频电机的噪音不超过允许的范围。

永磁变频电机特点：

外形尺寸小，整机结构紧凑，占地空间小，高效、节能，操作使用简单智能化，整机可靠性高、维护保养简单方便，节能、效率高：功率因数接近100％，较同规格普通的异步电动机效率提升5％～8％，无论轻载与重载，永磁变频电机的效率始终保持高效，合理的磁场设计、磁密分布，工作频率范围更宽广，运行噪音低、运行更安静，体积小，仅为异步电机的1/3，维护方便，低温升设计：温升＜60K，使用寿命与使用系数大大提高；强大的起动与运行力矩，可以保证外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机产气范围在10～100％，若降低压力要求，最大可达120％以上，而无需卸载；快速响应，可在瞬间大范围调节螺杆主机2的产气量，使气压真正恒定；准确的转速控制，控制电磁阀12反馈使得永磁变频电机转速的调节达到最精确的效果；实现变频软启动，有利于延长机械设备的使用寿命，减少维护、提高设备可靠性，可用于各种恶劣工况，甚至长期低速运转，频繁启动等场合。

永磁变频电机工作原理：即一旦频率固定，转速即随频率而恒定不变，永磁变频电机转速与电源的输出频率保持严格的同步关系，在额定输出范围内，负载的变化不会影响转速的恒定性能，变频器14可精确指示永磁电机的转速，也不需要光电编码器进行转速闭环控制，如果附加位置传感器可对永磁变频电机的转向位置进行严格的定位控制；如果再附加制动器，就可对永磁变频电机进行安全制动。由于变频器14转速输出显示为永磁变频电机的极数和电源输出频率的计算值，与异步电机的实际转速有很大区别。

外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机使用场合一般有如下特点：配置容量比实际气量大、气量消耗不稳定、气压要求稳定、噪音要尽可能低。

C、智能控制带来的效益如下：

1、气压稳定：由于本发明中的外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机利用了变频器的无级调速特点，通过智能控制系统15对控制电磁阀12或变频器内部的调节器进行调节，从而实现对压力的快速调节控制，与工频运行的上下限开关控制相比，气压稳定性成指数级的提高。

2、更节能：尽管各个厂家的螺杆压缩机采取了不同的节能运行模式，但由于变频器14是根据实际用气量实时调整永磁变频电机中永磁电机转速的，用气量低的时候还可以让螺杆主机自动休眠，这样就大大减少能源的损失。需要注意的是，智能控制系统的控制方式的不同对节能效果有很大影响。

3、启动无冲击：由于变频器14本身是一个软启动装置，启动电流最大在额定电流的两倍左右，与工频启动一般在额定电流的6倍以上相比，启动冲击很小，这种冲击不仅是对电网的，对整个机械系统的冲击也大大减少。

4、噪音低，由于稳定运行时运行频率小于工频，机械噪音下降，机械磨损小。

5、对储气罐容量要求小。

四、高效油气分离系统结构

设计成卧式油气分离罐4，然后采用水平向的主机安装架403与螺杆主机2安装，通过螺杆主机2下方的排气管3直接排放油气进卧式油气分离罐4，并由卧式油气分离罐4内的导流板401进行第一次物理分离；再由组合控制阀5上外置式油分滤芯51进行第二次分离，分离效率高、回油更少、维护更方便，其中，外置式油分滤芯51为精密滤芯，分离效果可达到1PPM左右，二次回油达2000PPM左右；出油管402采用弯管式，其形状位置布置精确合理，加油孔404操作方便，加油量更少；卧式油气分离罐4与螺杆主机2的简单连接，避免了复杂管路连接，空间紧凑，减少了多管路的泄漏隐患；降低成本经济效益显著。

五、自主创新型u系列螺杆主机系统

本发明中使用的u系列螺杆主机，主要是应用自申请号为：201010568544.X的自主发明的螺旋齿廓高效轭合展成法，相邻两端组成齿廓的曲线在连接处采用切线斜率弧微分过渡，空间曲面接触线，封闭容积小有利于压力油膜形成，能够消除加工尖点、重复点和间断点，形成光滑过渡；有效减小动力损失并提供了高效密封带，齿间面积利用率高，呈流线型，气动阻力小，可以获得较高的效率，与同类设备的能源消耗对比可降低8％的能耗；螺旋公转子最高转速度可以达到7800r/min；广泛的工作温度范围，从-30℃到110℃；适用工作压力范围0.3～3.0MPa；适用不同介质如油、气、水等；轭合平稳柔和；轮廓间面积利用率高；使用寿命长，可靠性高。

综上所述，由于外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机可以在保证生产所需要的最低压力下运行，永磁变频电机中的永磁电机输入功率大大下降，辅以压力闭环控制，实现螺杆主机2的供气压力-转速的动态匹配，即永磁电机的转速由供气压力来控制，螺杆主机2需要多大的功率，永磁电机就输出多大的功率，而不必做无用功，减少了永磁电机的实际输入功率，达到节能的目的；节能的第二方面是螺杆主机2停止了空转，永磁电机不存在轻载运行，这部分能量很可观。相应带来的其他好处是：通过压力保护器13可使螺杆主机2保持在设定的压力值工作，压力稳定可靠性高，控制品质大为提高。永磁变频电机实现软启动，螺杆主机2的使用寿命及检修周期都将得到大大延长。螺杆主机2排气量由其自身的转速来控制，螺杆主机2气缸内阀片不再反复地开启和关闭，阀座、弹簧等工作条件大大改善，避免了高温、高压气体急剧的流动与冲击，系统维修工作量减少。从积极的使用经验、长期试验运行数据反馈，总体节能效率可达20％左右。

此外传动系统、冷却系统、油气分离系统更为新颖创新设计，更方便了生产制造，降低成本，方便安装维护，所以良好的性价比会带来持续的市场竞争力。

Claims (11)

1.一种外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机系统，包括在外壳体内所设的传动系统、冷却系统、油气分离系统、设有处理软件的智能控制系统、空气过滤器、螺杆主机、冷却器架，其特征在于：所述的油气分离系统主要采用设有组合控制阀(5)的卧式油气分离罐(4)，卧式油气分离罐(4)放置在外壳体(101)内底板上近右后方位置，卧式油气分离罐(4)上方一侧设有主机安放架(403)；所述的主机安放架(403)上放置一螺杆主机(2)，螺杆主机(2)的排气管(3)贯穿主机安放架(403)后直接接入卧式油气分离罐(4)内；所述的卧式油气分离罐(4)内对应螺杆主机(2)的排气管(3)的下方还设有导流板(401)，卧式油气分离罐(4)的左端设有弯管式的出油管(402)；所述的传动系统为可调张紧力式传动系统，即在外壳体(101)内底板上近左后方位置设铰链轴固定架(207)，铰链轴固定架(207)上方固定永磁变频电机(1)，永磁变频电机(1)上所设的锥套式主动轮(204)采用联组V带(205)连接螺杆主机(2)上所设的锥套式从动轮(206)所组成；所述的螺杆主机(2)的进气口处采用进气控制阀(9)控制连接空气过滤器(7)，所述的进气控制阀(9)的信号端连接控制电磁阀(12)的一端，螺杆主机(2)的排气端还设有温度传感器(16)；

在永磁变频电机(1)上方的外壳体内采用冷却系统安装架(107)固定冷却系统，所述的冷却系统采用外转子涡旋冷却系统(18)，所述的外转子涡旋冷却系统(18)是在冷却器架(115)内从前至后主要依次设具有后冷却侧(19)和油冷却侧(20)的板翅冷却器(108)、密封静压箱(114)、椭圆导风圈(110)、涡旋叶片扇(109)、外转子驱动(111)、内转子(111-1)；所述的板翅冷却器(108)的后冷却侧(19)还设有压力传感器(17)；

智能控制系统(15)设在外壳体(101)内的门盖(112)处，门盖(112)外设有触摸显示屏(11)，智能控制系统(15)的多路输出控制线路分别连接温度传感器(16)的信号端、压力传感器(17)的信号端、板翅冷却器(108)油冷却侧(20)的控制信号端、螺杆主机(2)的控制电磁阀(12)的控制信号端、永磁变频电机(1)的变频器(14)的一路信号端及触摸显示屏(11)的一路信号端，变频器(14)的另一路信号端连接触摸显示屏(11)的另一路信号端，智能控制系统(15)中的处理软件进行如下控制处理：(1)待机停车状态；(2)CPU通电启动；(3)判断是否有“初始化点动命令”；(4)没有初始化点动命令，则进入“手动点动运行”，再回到“CPU通电启动”步骤；(5)有初始化点动命令，则再判断是否“参数化运行命令有效”；(6)参数化运行命令无效，则回到待机停车状态；(7)参数化运行命令有效，则判断“相序是否正常”；(8)相序不正常，则进入“反馈反向运行”后，再回到判断是否“参数化运行命令有效”步骤；相序正常，则判断是否“闭环设置有效”；(10)“闭环设置有效”为是，则判断是否“CPU设置有效”；“闭环设置有效”为否，则判断是否“闭环失效程序跳跃”，“闭环失效程序跳跃”为否，则进行“闭环运行”后，再回到判断是否“参数化运行命令有效”步骤；“闭环先效程序跳跃”为是，则也进入判断是否“CPU设置有效”步骤；(11)“CPU设置有效”为是，则进行“数据输入输出处理”后，进行“智能控制系统无级调速运行”；若“CPU设置有效”为否，则判断是否“CPU失效矢量计算程序跳跃”，“CPU失效矢量计算程序跳跃”为否，则进入“CPU运行”后，再回到判断是否“参数化运行命令有效”步骤；“CPU失效矢量计算程序跳跃”为是，则进行“数据输入输出处理”后，进行“智能控制系统无级调速运行”。

2.如权利要求1所述的一种外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机系统，其特征在于：所述的组合控制阀(5)是在分离阀(501)的上方一体式连接温控阀(502)，分离阀(501)与温控阀(502)之间设有内置的贯通分离阀(501)与温控阀(502)的进回油口(62)；分离阀(501)在其不同方向上还分别设有分离阀出气口(61)、分离阀回油口(60)、后冷却口器通道(503)、外置油分接口(53)，所述的后冷却口器通道(503)的外端旋接最小压力阀(50)，并在最小压力阀(50)上设后冷却器接口(59)，后冷却器接口(59)经最小压力阀(50)内所设的通道与后冷却器通道(503)贯通，外置油分接口(53)上旋接外置式油分滤芯(51)，分离阀出气口(61)采用线路连接螺杆主机(2)的控制电磁阀(12)的另一端，分离阀回油口(60)采用管路连接螺杆主机回油口(202)，分离阀的后冷却器接口(59)采用管路连接板翅冷却器(108)的后冷却侧(19)的进气口，板翅冷却器(108)的后冷却侧(19)的出气口采用管路连接设于外壳体(101)上的供气阀(21)；所述的温控阀(502)还设有温控阀进油口(58)、温控阀出油口(57)、冷却油回口(56)、冷却油进口(55)、油过滤器接口(54)，所述的油过滤器接口(54)上旋接机油过滤器(52)，温控阀进油口(58)管道连接卧式油气分离罐(4)的出油管(402)的外端口，温控阀的出油口(57)分两路管道分别连接螺杆主机的进油口(201)和螺杆主机的轴承座喷油口(203)，温控阀的冷却油回口(56)连接板翅冷却器(108)的油冷却侧(20)的进油口，温控阀的冷却油进口(55)连接板翅冷却器(108)的油冷却侧(20)的出油口。

3.如权利要求1所述的一种外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机系统，其特征在于：所述的“数据输入输出处理”包括“模拟量输入输出处理”和“开关量输入输出处理”，所述的“模拟量输入处理”为；(1)将模拟量输入变频器，(2)“计算相位脉宽值”；(3)判断是否“压力矢量小于设定值”；(4)若压力矢量小于设定值，则进入“加速是否过电流电压”步骤；若压力矢量不小于设定值，则判断是否“I/O初始TC中断允许”，I/O初始TC中断允许，则也进入“加速是否过电流电压”步骤；I/O初始TC中断不允许，则再判断是否“温度矢量大于设定值”，温度矢量大于设定值，则返回“待机停车状态”；温度矢量不大于设定值，则也进入“加速是否过电流电压”步骤；(5)加速过电流电压，则回到“计算相位脉宽”步骤；加速没过电流电压，则判断“恒速是否过电流电压”；(6)恒速没过电流电压的，则进入“深度模拟量系数输出”；恒速过电流电压的，则判断“是否恒速休眠”，若恒速为休眠则返回“待机停车状态”，若恒速不休眠，则也进入“深度模拟量系数输出”；所述的“开关量输入输出处理”为依次进行“开关量输入”、冷却调节器启动、判断是否“开关量模块正常”，开关量模块正常则进行“开关量输出”，开关量模块不正常则进入是否进行“分段函数运行”，进行分段函数运行，则进入“开关量输入”步骤，不进行分段函数运行，则返回“数据输入输出处理”。

4.如权利要求1所述的一种外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机系统，其特征在于：在外壳体(101)的门盖(112)上近下部处还设有进气消声窗(113)，外壳体(101)的后侧设百叶式进风窗(118)。

5.如权利要求1所述的一种外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机系统，其特征在于：空气过滤器(7)与进气控制阀(9)之间还设有真空报警器(8)。

6.如权利要求2所述的一种外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机系统，其特征在于：连接分离阀回油口(60)与螺杆主机回油口(202)之间的管路上还设有回油窥视镜(10)。

7.如权利要求2所述的一种外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机系统，其特征在于：分离阀出气口(61)端还设有压力保护器(13)。

8.如权利要求1所述的一种外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机系统，其特征在于：卧式油气分离罐(4)左右两端分别设封头(409)，右端封头外所设的法兰(407)上还设有安全阀(405)和油位计(406)，卧式油气分离罐(4)的罐体上半部前侧设有加油孔(404)，卧式油气分离罐(4)的罐体下半部前侧设有排污球阀(415)，卧式油气分离罐(4)底部还设有安装支脚(410)。

9.如权利要求1所述的一种外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机系统，其特征在于：卧式油气分离罐(4)和铰链轴固定架(207)安装在安装板(213)上，安装板(213)下设有阻尼式弹性减震器(212)，所述的铰链轴固定架(207)是在固定板(210)上采用铰接螺栓(209)连接螺栓支撑件(211)。

10.如权利要求1所述的一种外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机系统，其特征在于：外转子涡旋冷却系统(18)中的内转子(111-1)下采用T形支撑架(117)固定，椭圆导风圈(110)与密封静压箱(114)之间还设有固定底板(116)。

11.如权利要求1所述的一种外转子涡旋永磁变频螺杆压缩机系统，其特征在于：所述的导流板(401)为在水平底板(411)的左右两端设左挡板(414)、右挡板(412)，近右挡板(412)处的水平底板(411)上还设有中间挡板(413)，左、中、右档板的高度依次递增，左、中、右档板的顶部设为水平，左、中、右档板的前后边缘分别设为契合卧式油气分离罐圆桶形状的圆弧形，在左挡板(414)与水平底板(411)连接处、中挡板(413)与右挡板(412)之间的水平底板(411)上、右挡板(412)上分别设有导流孔(408)，右挡板(412)上的导流孔(408)至少设一个。

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