CN102840136B - 蒸汽驱动式压缩装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蒸汽膨胀机的转速不会急剧变化的蒸汽驱动式压缩装置，其具有：蒸汽膨胀机；由蒸汽膨胀机驱动的压缩机；具备止回阀的输出流路；在止回阀的上游侧从输出流路分支、通过通风阀向外部开放的通风流路；其特征在于，具备：主控制装置，该主控制装置调节控制蒸汽膨胀机的蒸汽流量的蒸汽控制阀的开度，使得在止回阀的下游侧检测输出流路的压力的控制压力检测器的检测值成为给定的设定压力；通风控制装置，在转速检测器的检测值为给定的下限转速以下的情况下，通风控制装置开放所述通风阀，使得在止回阀的上游侧检测输出流路的压力的输出压力检测器的检测值成为设定压力。

Description

蒸汽驱动式压缩装置

技术领域

本发明涉及蒸汽驱动式压缩装置。

背景技术

在使用由锅炉产生的蒸汽的装置中，一般而言，将锅炉产生的中压（例如1.2-1.6MPa）蒸汽利用减压阀减压后，将低压（例如0.8-0.9MPa）蒸汽供给至需要的设备。如果由减压阀对蒸汽减压，则相当于蒸汽的压力差的能量被废弃，因此，期望回收能量。

在专利文献1中记载了一种蒸汽驱动式压缩装置，其通过利用蒸汽驱动螺杆蒸汽膨胀机（蒸汽马达或蒸汽终端），使蒸汽的压力能量变换为旋转力而回收，并且利用该蒸汽膨胀机的旋转力来驱动螺杆压缩机，从而压缩空气。

在利用电动马达驱动的螺杆压缩机中，广泛采用加载/卸载机构，当蓄积螺杆压缩机输出的压缩空气的储存器（或配管）的压力（负荷）达到设定值时，所述加载/卸载机构关闭设置在螺杆压缩机的吸入流路中的吸入调整阀，当储存器的压力降低到设定值以下时，所述加载/卸载机构再次打开吸入调整阀。已知的是，压缩气体所需要的压缩功（转矩）与气体的压力成比例，因此，通过利用加载/卸载机构关闭吸入调整阀而使螺杆压缩机的吸入压力降低，能够使螺杆压缩机的负荷（螺杆压缩机产生的制动转矩）降低到全负荷的约20%。

在蒸汽膨胀机驱动螺杆压缩机的情况下，蒸汽膨胀机及螺杆压缩机的转速成为蒸汽膨胀机产生的驱动转矩与螺杆压缩机的制动转矩所匹配的转速。因此，如果螺杆压缩机的制动转矩降低，则蒸汽膨胀机的转速上升。也就是说，如果在蒸汽驱动式压缩装置中采用加载/卸载机构，则在卸载时会产生蒸汽膨胀机急加速的问题。

专利文献1的蒸汽驱动式压缩装置在向蒸汽膨胀机供给蒸汽的流路中设置控制阀，通过将该控制阀进行PID控制使螺杆压缩机的输出流路的压力保持为一定，从而控制蒸汽膨胀机的转速。在这样的构成中，负荷小时，螺杆压缩机的转速变得非常低。这样一来，输出侧的压缩空气从螺杆转子的间隙漏回吸入侧。通过该压缩空气的漏回，由压缩产生的热量被传递至吸入侧，因此产生输出的压缩空气的温度逐渐上升的问题。

专利文献1 日本特开2009-250196号公报。

发明内容

鉴于前述问题，本发明的课题在于提供一种蒸汽膨胀机的转速不会急剧变化的蒸汽驱动式压缩装置。

为了解决所述课题，本发明的蒸汽驱动式压缩装置具有：将蒸汽的膨胀力变换为旋转力的蒸汽膨胀机；由所述蒸汽膨胀机驱动来压缩对象气体的压缩机；从所述压缩机输出被压缩的所述对象气体的输出流路，所述输出流路具备止回阀；在所述止回阀的上游侧从所述输出流路分支的通风流路，所述通风流路通过通风阀向外部开放；其特征在于，具备：在所述止回阀的上游侧检测所述输出流路的压力的输出压力检测器；在所述止回阀的下游侧检测所述输出流路的压力的控制压力检测器；检测所述蒸汽膨胀机的转速的转速检测器；能够控制所述蒸汽膨胀机的所述蒸汽的流量的蒸汽控制阀；主控制装置，所述主控制装置调节所述蒸汽控制阀的开度，使得所述控制压力检测器的检测值成为给定的设定压力；通风控制装置，在所述转速检测器的检测值为给定的下限转速以下的情况下，所述通风控制装置开放所述通风阀，使得所述输出压力检测器的检测值成为所述设定压力。

根据该构成，根据依据需要负荷和压缩空气的供给量的平衡而变动的控制压力检测器的检测值来调节蒸汽控制阀的开度。由此，通过控制蒸汽膨胀机的驱动转矩，调整蒸汽压缩机的转速，使得压缩空气的供给量被平衡为需要的量。另外，在蒸汽压缩机的转速降低到下限值的情况下，通过开放通风阀强制地减少压缩空气的供给量，使得蒸汽压缩机的转速不小于下限转速。由此，防止在压缩机内对象气体从输出侧（高压侧）泄漏至吸入侧（低压侧）而造成的对象气体的吸入温度以及输出温度成为高温。

另外，在本发明的蒸汽驱动式压缩装置中，所述通风控制装置能够连续地调节所述通风阀的开度。

根据该构成，由于能够连续地调节通风量，能够使压缩空气的供给量平滑地变化，抑制激烈的负荷变动，获得稳定的运转。

另外，在本发明的蒸汽驱动式压缩装置中，所述通风流路具备多个分支流路，这些多个分支流路分别具备所述通风阀，所述通风控制装置也可以根据所述输出压力检测器的检测值来调节开放的所述通风阀的个数。

根据该构成，由于通过通风阀的台数控制来调节通风量，能够降低压缩机的转矩变动，获得平滑的运转。

另外，在本发明的蒸汽驱动式压缩装置中，在所述通风阀的下游侧也可以具备消声器。

根据该构成，能够降低通风造成的噪音。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的蒸汽驱动式压缩装置的构成图。

图2是本发明的第二实施方式的蒸汽驱动式压缩装置的构成图。

图3是本发明的第三实施方式的蒸汽驱动式压缩装置的构成图。

图4是本发明的第四实施方式的蒸汽驱动式压缩装置的构成图。

标号说明

1 蒸汽驱动式压缩装置

2 蒸汽膨胀机

4 第一段压缩机

5 第二段压缩机

8 止回阀

9 输出流路

10、10a 通风阀

11 消声器

12 通风流路

13 输出压力检测器

14 控制压力检测器

15 蒸汽控制阀

16 转速检测器

17 主控制装置

18 通风控制装置

19 分支流路。

具体实施方式

以下将参考附图来说明本发明的实施方式。首先，图1中显示了本发明的第一实施方式的蒸汽驱动式压缩装置1。蒸汽驱动式压缩装置1是将空气作为要压缩的对象气体的压缩空气制造装置。

蒸汽驱动式压缩装置1具有蒸汽膨胀机2和第一段压缩机4及第二段压缩机5，蒸汽膨胀机2将蒸汽的膨胀力变换为旋转力，第一段压缩机4及第二段压缩机5通过齿轮3由蒸汽膨胀机2驱动，对空气进行压缩。蒸汽膨胀机2是在壳体内容纳公母一对的螺杆转子，通过在螺杆转子的齿槽内的密闭空间中使蒸汽膨胀而使螺杆转子旋转的螺杆膨胀机。第一段压缩机4和第二段压缩机5是在壳体内容纳公母一对的螺杆转子，通过旋转驱动螺杆转子，在螺杆转子的齿槽内的密闭空间中压缩空气的螺杆压缩机。

在蒸汽驱动式压缩装置1中，第一段压缩机4和第二段压缩机5通过中冷器6串联地连接。也就是说，第一段压缩机4压缩输出的空气在由中冷器6冷却之后，利用第二段压缩机5进一步压缩。第二段压缩机5输出的压缩空气通过输出流路9而传送至未图示的储存器，从储存器供给至需要的目的地，其中，在输出流路9中设置有后冷却器7和止回阀8。其他的空气压缩装置也可以并联地连接到储存器。

另外，蒸汽驱动式压缩装置1在后冷却器7和止回阀8之间具有通风流路12，该通风流路12从输出流路9分支，通过通风阀10连接至消声器11。也就是说，设置了消声器11的通风流路12的末端向大气开放。

另外，在输出流路9中，在止回阀8的上游侧，更详细地说，在后冷却器7与通风流路12之间具备检测压缩空气的压力Pd的输出压力检测器13，在止回阀8的下游侧具备检测压缩空气的压力Pc的控制压力检测器14。

进一步地，在蒸汽驱动式压缩装置1中，在将蒸汽供给至蒸汽膨胀机2的流路中设置有能够通过开度调节而控制蒸汽流量的蒸汽控制阀15，并且具备检测蒸汽膨胀机2的转速RI的转速检测器16。

并且，蒸汽驱动式压缩装置1具备由PID控制器构成的主控制装置17、以及通风控制装置18，控制压力检测器14的检测值Pc输入PID控制器，该PID控制器调节蒸汽控制阀15的开度以便使得控制压力检测器14的检测值成为预先设定的给定的设定压力Pset（例如0.7MPa），通风控制装置18基于输出压力检测器13的检测值Pd以及转速检测器16的检测值RI来调节通风阀10的开度。并且，主控制装置17和通风控制装置18也可以利用同一个计算机等控制装置来实现。

通风控制装置18被编程为使得在蒸汽膨胀机2的转速RI超过给定的下限值RL（例如额定转速的40%）时将通风阀10保持为全闭状态，仅当转速RI为下限值RL以下时开放通风阀10。并且，通风控制装置18基于输出压力检测器13的检测值Pd利用例如PID控制来调节通风阀10的开度，使得输出压力检测器13的检测值Pd成为设定压力Pset。

转速RI的下限值RL被设定为可能通过第一段压缩机4或第二段压缩机5一次压缩的输出侧的空气从螺杆转子的间隙漏回吸入侧而造成压缩空气的温度上升而产生不适当情况的转速加上安全余量的转速后的转速。

在该蒸汽驱动式压缩装置1中，在压缩空气需求多的情况下，储存器的压力即控制压力检测器14的检测值Pc降低。这样的话，主控制装置17使蒸汽控制阀15的开度变大，使向着蒸汽膨胀机2的蒸汽供给量增加。由此，蒸汽膨胀机2的驱动转矩增大，使第一段压缩机4和第二段压缩机5的转速上升，使压缩空气的输出量增大。

相反，在压缩空气需求少的情况下，压缩空气从蒸汽驱动式压缩装置1过剩地供给至储存器，因此控制压力检测器14的检测值Pc上升。这样的话，主控制装置17使蒸汽控制阀15的开度变小，使向着蒸汽膨胀机2的蒸汽供给量减少。由此，蒸汽膨胀机2的驱动转矩降低，使第一段压缩机4和第二压缩机5的转速降低，使压缩空气的输出量减少。

如果压缩空气的需求进一步减少，蒸汽膨胀机2的转速RI降低到下限值RL，则通风控制装置18开始进行通风阀10的开度调节。在主控制装置17要进一步减小蒸汽控制阀15的开度的状态、即控制压力检测器14的检测值Pc比设定压力Pset大的情况下，是来自蒸汽驱动式压缩装置1的压缩空气的供给较多的状态，因此输出压力检测器13的检测值Pd成为大致等于检测值Pc的值。因此，通风控制装置18开放通风阀10，从输出流路9的止回阀8的上游侧放出压缩空气，使控制压力检测器14的检测值Pc降低。

也就是说，通风控制装置18利用通风阀10的开度调节使得输出流路9的止回阀8的上游侧的压力Pd比止回阀8的下游侧的压力Pc低，从而停止从蒸汽驱动式压缩装置1向储存器的压缩空气供给。此后，由于储存器中的压缩空气被需要的设备所消耗，止回阀8的下游侧的控制压力检测器14的检测值Pc降低。

如果进一步地储存器中的压缩空气被消耗，控制压力检测器14的检测值Pc变得比设定压力Pset小，则主控制装置17使蒸汽控制阀15的开度变大，使蒸汽膨胀机2的转速增大。由此，蒸汽膨胀机2的转速RI变得大于下限值RL，因此，通风控制装置18将通风阀10闭锁。

如上所述，在蒸汽驱动式压缩装置1中，当蒸汽膨胀机2的转速RI降低至下限值RL时，通风控制装置18使压缩空气从通风流路12放出至大气，由此使得控制压力检测器14的检测值Pc降低，防止蒸汽膨胀机2的转速RI进一步降低。由此，防止在第一段压缩机4和第二段压缩机5中压缩空气从输出侧漏回吸入侧，因此不会出现因压缩空气的过热造成的第一段压缩机4和第二段压缩机5的损伤等麻烦。

图2中显示了本发明的第二实施方式的蒸汽驱动式压缩装置1。并且，在以下的实施方式中，对于与先前说明的实施方式相同的构成要素赋予相同的符号，省略重复说明。

在本实施方式的蒸汽驱动式压缩装置1中，通风流路12具有多个分支流路19，这些分支流路19分别具备仅能够选择全闭或全开的通风阀10a，在向大气开放的末端设置有消声器11。在转速检测器16的检测值RI为下限值RL以下的情况下，通风控制装置18控制开放的通风阀10a的个数，使得输出压力检测器13的检测值Pd成为设定压力Pset。也就是说，在输出压力检测器13的检测值Pd上升的情况下，通风控制装置18增加开放的通风阀10a的个数，在输出压力检测器13的检测值Pd降低的情况下，通风控制装置18减少开放的通风阀10a的个数。

在这样的通风流路12的构成中，也能够将压缩空气以适当的量向大气放出，防止蒸汽膨胀机2的转速RI的进一步降低。

在图3中显示了本发明的第三实施方式的蒸汽驱动式压缩装置1。本实施方式的蒸汽驱动式压缩装置1是具有第一段压缩机4但不具有第二段压缩机的单段压缩装置。如本实施方式所示，能够与压缩机的段数无关地适用本发明。

另外，在本实施方式的驱动式压缩装置1中，蒸汽控制阀15设置在蒸汽膨胀机2的排气侧。这样，蒸汽控制阀15只要能够调节蒸汽膨胀机2产生的驱动转矩则怎样配设都可以。

图4中显示了本发明的第四实施方式的蒸汽驱动式压缩装置1。在本实施方式的蒸汽驱动式压缩装置1中，在后冷却器7的上游，通风流路12从输出流路9分支。在本实施方式中，通过通风流路12而放出至大气的压缩空气不通过后冷却器7，因此，后冷却器7的负荷小。另外，如本实施方式所示，本发明的通风流路12只要在止回阀8的上游侧则从输出流路9的哪个位置分支都可以。

另外，在本发明中，上述实施方式的构成和控制方法的细节部分也可以分别地适用于其它的实施方式。

Claims (4)

1.一种蒸汽驱动式压缩装置，具有：

将蒸汽的膨胀力变换为旋转力的蒸汽膨胀机；

由所述蒸汽膨胀机驱动来压缩对象气体的压缩机；

从所述压缩机输出被压缩的所述对象气体的输出流路，所述输出流路具备止回阀；

在所述止回阀的上游侧从所述输出流路分支的通风流路，所述通风流路通过通风阀向外部开放；

其特征在于，具备：

在所述止回阀的上游侧检测所述输出流路的压力的输出压力检测器；

在所述止回阀的下游侧检测所述输出流路的压力的控制压力检测器；

检测所述蒸汽膨胀机的转速的转速检测器；

能够控制所述蒸汽膨胀机的所述蒸汽的流量的蒸汽控制阀；

主控制装置，所述主控制装置调节所述蒸汽控制阀的开度，使得所述控制压力检测器的检测值成为给定的设定压力；

通风控制装置，在所述转速检测器的检测值为给定的下限转速以下的情况下，所述通风控制装置开放所述通风阀，使得所述输出压力检测器的检测值成为所述设定压力。

2.如权利要求1所述的蒸汽驱动式压缩装置，其特征在于，所述通风控制装置能够连续地调节所述通风阀的开度。

3.如权利要求1所述的蒸汽驱动式压缩装置，其特征在于，所述通风流路具备多个分支流路，所述多个分支流路分别具备所述通风阀，

所述通风控制装置根据所述输出压力检测器的检测值而调节开放的所述通风阀的个数。

4.如权利要求1至3中任一项所述的蒸汽驱动式压缩装置，其特征在于，在所述通风阀的下游侧具备消声器。