CN104235043B - 压缩装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压缩装置，包括：压缩空气的压缩机主体；调节被吸入压缩机主体的空气流量的流量控制阀；隔膜式的流量控制阀用致动器；使供从压缩机主体喷出的压缩空气流动的流路与流量控制阀用致动器的第一空气室连通的高压侧导管；以及使在流量控制阀与压缩机主体之间供被吸入压缩机主体的空气流动的流路与流量控制阀用致动器的第二空气室连通的低压侧导管，其中，压缩机主体起动时的流量控制阀的开度被设定为在被吸入压缩机主体的空气流动的流路中产生负压的开度。据此，降低压缩装置的驱动所需的动力。

Description

压缩装置
技术领域
本发明涉及将例如空气等压缩至指定的压力的压缩装置。
背景技术
专利文献1公开了空气压缩机。空气压缩机包括压缩机主体、喷出压力管和吸入节流阀。压缩机主体压缩空气。从压缩机主体喷出的压缩空气流入喷出压力管。吸入节流阀具有阀片往复运动的活塞式的驱动机构，调节被吸入压缩机主体的空气的流量。所述驱动机构与喷出压力管连接，利用从喷出压力管供应的压缩空气使阀片往复运动。
在此种空气压缩机中，在压缩机主体起动时，由于从压缩机主体喷出的压缩空气的压力未充分升压，所以有时无法高精度地调节吸入节流阀的开度。
在此，作为吸入节流阀的驱动机构，考虑使用能够利用比活塞式的驱动机构小的压力而驱动的隔膜(diaphragm)式的致动器。在该致动器中，隔着隔膜设有第一空气室和第二空气室，从外部向各空气室导入仪表空气(instrument air)，隔膜基于空气室的压力差而被驱动。
但是，在隔膜式的致动器中，需要用于从外部向空气室导入仪表空气的动力，压缩装置的驱动所需的动力会增大。
专利文献1：日本专利公开公报特开平9-79166号
发明内容
本发明的目的在于降低压缩装置的驱动所需的动力。
本发明的一方面涉及一种压缩装置，包括：压缩机主体，用于压缩空气；流量控制阀，调节被吸入所述压缩机主体的空气的流量；流量控制阀用致动器，具有隔着隔膜而设置的第一空气室及第二空气室，通过利用所述第一空气室的压力与所述第二空气室的压力的压力差使所述隔膜变动，来调节所述流量控制阀的开度；第一高压侧导管，连通供从所述压缩机主体喷出的压缩空气流动的流路与所述第一空气室；以及第一低压侧导管，连通在所述流量控制阀与所述压缩机主体之间供被吸入所述压缩机主体的空气流动的流路与所述第二空气室，其中，所述压缩机主体起动时的所述流量控制阀的开度被设定为在供被吸入所述压缩机主体的空气流动的流路中产生负压的开度。
根据本发明，能够降低压缩装置的驱动所需的动力。
附图说明
图1是本实施方式所涉及的压缩装置的概略结构图。
图2是用于说明设于所述压缩装置的定位器(positioner)的分解图。
具体实施方式
以下，参照图1及图2说明本发明的一实施方式。
图1是本实施方式所涉及的压缩装置的概略结构图，图2是用于说明设于所述压缩装置的定位器的分解图。
如图1所示，本实施方式所涉及的压缩装置10包括吸入过滤器11、吸入量调节部12、压缩机13、换热器14、排气部15、第一压力计18、第二压力计19和控制器20。另外，压缩装置10包括吸入侧导管30、喷出侧导管32和排出用导管34。在吸入侧导管30的上游端设有吸入过滤器11，下游端连接于压缩机13的抽吸口131。在喷出侧导管32设置换热器14。喷出侧导管32的上游端连接于压缩机13的喷出口132，在下游端设有止回阀17。作为向供应目的地输送压缩空气的导管的母管50连接于止回阀17。
吸入过滤器11从将通过吸入侧导管30而被吸入压缩机13的空气中去除灰尘等。
吸入量调节部12包括流量控制阀120、流量控制阀用致动器121、第一高压侧导管122、第一低压侧导管123和流量控制阀用定位器124，调节被吸入压缩机13的空气的流量。
流量控制阀120是进气导向叶片(inlet guide vane)，设于吸入侧导管30。流量控制阀120通过变更开度而使被抽吸至压缩机13的空气的流量变化，将来自压缩机主体130的喷出压力保持为恒定，并且调节容量(喷出流量)。
流量控制阀用致动器121是隔膜式致动器，具有：隔着隔膜d1而设有第一空气室1211和第二空气室1212的致动器主体1210；以及一端连接于隔膜d1，并且另一端连接于流量控制阀120的阀体的驱动轴1213。流量控制阀用致动器121通过利用第一空气室1211与第二空气室1212的压力差而使驱动轴1213往复运动，从而调节流量控制阀120的开度。若第一空气室1211内的空气压力与第二空气室1212内的空气压力的压力差为大致0.25MPa以上，则本实施方式的流量控制阀用致动器121能够进行流量控制阀120的开度调节。
第一高压侧导管122使喷出侧导管32中的由换热器14冷却后的压缩空气流动的部位、即比换热器14靠下游侧的部位与第一空气室1211连通。
第一低压侧导管123使吸入侧导管30中的流量控制阀120与后述压缩机主体130之间的部位和第二空气室1212连通。
流量控制阀用定位器124设于第一高压侧导管122，根据从控制器20输入的第一信号Sig1而调节供应至第一空气室1211的空气的压力。
如图2所示，流量控制阀用定位器124具有先导阀21、先导压力调节部22和连杆机构23。
先导阀21根据被输入先导压力输入部21a的先导压力，调节供应至第一空气室1211的空气的压力。先导压力是在将流过第一高压侧导管122的压缩空气的一部分导入到先导压力输入部21a时的该压缩空气的空气压力。
先导压力调节部22具有将供应至先导压力输入部21a的空气的一部分排出至外部的喷嘴220和调节来自喷嘴220的排气流量的流量调节部221，调节供应至先导压力输入部21a的先导压力(空气压力)。
流量调节部221具有作为板状的部件的挡板(flapper)222和挡板驱动部223。流量调节部221通过挡板驱动部223根据来自控制器20的第一信号Sig1而驱动挡板222，从而调节挡板222与喷嘴220的间隔，据此，调节从喷嘴220排出的空气的流量。
连杆机构23连接流量控制阀用致动器121的驱动轴1213和挡板222，根据驱动轴1213的动作而使挡板222与喷嘴220的间隔变化。
返回图1，压缩机13具有压缩机主体130和主马达133。本实施方式的压缩机13是所谓的涡轮压缩机。
压缩机主体130具有省略图示的叶轮，将通过所述叶轮旋转而抽吸的空气压缩并喷出。
主马达133使压缩机主体130的所述叶轮以恒定的旋转速度旋转。供应至主马达133的电力通过由控制器20控制流量控制阀120使抽吸到压缩机13的空气量变化而被控制。在压缩机主体130设有省略图示的流量计，检测从压缩机13喷出的空气的流量，并向控制器20输出与所述流量相应的流量信号。此外，控制器20也可以是基于供应至主马达133的电力的值而求出从压缩机13喷出的空气的流量的结构。
换热器14通过使从压缩机13喷出的空气与低温的冷却流体(水等)热交换，从而冷却从压缩机13喷出的空气。
排气部15包括排气阀150、排气阀用致动器151、第二高压侧导管152、第二低压侧导管153和排气阀用定位器154，能够将喷出侧导管32内的空气排出至外部。
排气阀150是能够调节开度的阀。通过打开排气阀150，喷出侧导管32内的空气通过排出用导管34而被排出至外部。据此，能够降低喷出侧导管32内的压力，或减小向下游侧供应的压缩空气的流量。
排气阀用致动器151是与流量控制阀用致动器121相同的结构，具有：隔着隔膜d2而设有第三空气室1511和第四空气室1512的致动器主体1510；以及一端连接于隔膜d2，并且另一端连接于排气阀150的驱动轴1513。即，排气阀用致动器151是与流量控制阀用致动器121相同的所谓隔膜式的致动器。排气阀用致动器151通过利用第三空气室1511内的空气压力与第四空气室1512内的空气压力的压力差而使驱动轴1513往复运动，从而调节排气阀150的开度。若第三空气室1511与第四空气室1512的压力差为大致0.25MPa以上，则本实施方式的排气阀用致动器151能够进行排气阀150的开度调节。
第二高压侧导管152使喷出侧导管32中的由换热器14冷却后的压缩空气流动的部位、即比换热器14靠下游侧的部位与第三空气室1511连通。本实施方式的第二高压侧导管152从第一高压侧导管122的中途分支，并连接于第三空气室1511。此外，第二高压侧导管152也可以与第一高压侧导管122独立地设置，即，也可以从换热器14或喷出侧导管32中的比换热器14靠下游侧的部位延伸。
第二低压侧导管153从第一低压侧导管123的中途分支，并连接于第四空气室1512。此外，第二低压侧导管153也可以与第一低压侧导管123独立地设置，即，也可以从吸入侧导管30中的流量控制阀120与压缩机主体130之间的部位延伸。
排气阀用定位器154具有与流量控制阀用定位器124相同的结构。排气阀用定位器154设于第二高压侧导管152，根据来自控制器20的第二信号Sig2而调节供应至第三空气室1511的空气的压力。
在排出用导管34设有消音器16。消音器16消除空气被从排出用导管34排出至外部时的排气声。
止回阀17防止朝向供应目的地喷出的空气逆流到压缩装置10内。
第一压力计18设置于喷出侧导管32中的换热器14与止回阀17之间，并向控制器20输出与检测到的压力相应的压力信号。第一压力计18检测压缩装置10内的喷出侧导管32内的压力。
第二压力计19设置于作为连接于止回阀17的下游侧的管路的母管50，并向控制器20输出与检测到的压力相应的压力信号。第二压力计19检测连接于压缩装置10的母管50内的压力。
在本实施方式的压缩装置10中，在基于喷出侧导管32内的压力而进行压缩装置10的运转的模式时，基于第一压力计18的检测结果，控制器20控制流量控制阀120、排气阀150及压缩机主体130等。另外，在基于母管50内的压力而进行压缩装置10的运转的模式时，基于第二压力计19的检测结果，控制器20控制流量控制阀120、排气阀150及压缩机主体130等。此外，压缩装置10也可以以如下方式构成，即控制器20基于第一压力计18及第二压力计19的两个检测结果，控制压缩装置10的各部分。
控制器20为了压缩空气，根据压缩装置10的各部分的功能而分别控制该各部分。
此种压缩装置10如以下方式动作。
在停止状态的压缩装置10中，流量控制阀120处于能够通过该流量控制阀120的空气的流量最少的状态，排气阀150处于全开状态。
在该状态下，控制器20当接收起动指令时，使主马达133驱动而起动压缩机主体130。接着，控制器20向流量控制阀用定位器124输出第一信号Sig1并且向排气阀用定位器154输出第二信号Sig2。
在流量控制阀用定位器124中，接收到第一信号Sig1的挡板驱动部223驱动挡板222，来调节挡板222与喷嘴220的间隔。由此，输入先导压力输入部21a的先导压力被调节。先导阀21根据输入的先导压力调节排出至外部的压缩空气的流量。由此，通过第一高压侧导管122而供应至第一空气室1211内的压缩空气的压力被调节。驱动轴1213打开流量控制阀120至与此时产生的第一空气室1211内的空气压力与第二空气室1212内的空气压力的压力差相应的开度。此时，控制器20进行挡板驱动部223的控制，以使第一压力计18或第二压力计19的检测结果与作为目标的压力(供应目的地所要求的压力)一致。
排气阀用定位器154通过接收第二信号Sig2而与流量控制阀用定位器124同样地动作，来调节供应至第三空气室1511的压缩空气的压力。由此，排气阀用致动器151关闭排气阀150。
在压缩装置10起动时，从压缩机主体130喷出的压缩空气与稳定运转时相比未充分地升压。但是，通过在流量控制阀120的开度为最小的状态下压缩机主体130开始吸入空气，从而吸入侧导管30中的流量控制阀120与压缩机主体130之间的部位成为负压，由此，在各致动器121、151中充分地确保用于驱动阀120、150的压力差。即，通过设置第一及第二低压侧导管123、153，在压缩机主体130起动时，第二及第四空气室1212、1512成为负压。因此，与其中之一空气室成为大气压力的以往的隔膜式致动器相比，所述起动时的空气室间的压力差变大。由此，即使在从压缩机主体130喷出的压缩空气的压力未充分升压的起动时，在各致动器121、151中也能够获得足以进行各阀120、150的开度调节的所述压力差。其结果，能够进行压缩机主体130起动时的阀120、150的开度调节。例如，在本实施方式中，起动时的压缩机主体130的喷出压力例如是0.2MPa(起动后，充分经过时间后的运转时为0.6MPa～1.0MPa左右),吸入侧的压力例如成为-0.05MPa左右。由此，在各致动器121、151中，获得能够驱动阀120、150的0.25MPa的压力差。其结果，即使在喷出压力未充分升压的压缩机主体130的起动时，也能够打开流量控制阀120并且关闭排气阀150。
在从起动起经过指定的时间时，压缩机主体130的旋转速度充分地上升而处于稳定运转。具体而言，空气通过吸入过滤器11而被压缩机13抽吸并被压缩为指定的压力(在本实施方式的例子中为0.6MPa～1.0MPa)后，从压缩机13的喷出口132被喷出。并且，止回阀17被打开，向母管50供应具有所希望的压力和所希望的温度的空气。
在压缩装置10的稳定运转下，流量控制阀120与排气阀150如以下方式被控制。
在稳定运转时，当供应目的地的压缩空气的使用量变动时，流量控制阀120的开度被调节。在本实施方式中，因为压缩机13是涡轮压缩机，所以旋转速度的控制范围小，因此，通过调节流入压缩机13的空气的流量，来调节从压缩机13喷出的压缩空气的流量。具体如下。
控制器20利用第一压力计18或第二压力计19，检测喷出侧导管32或母管50内的压力变化来作为在供应目的地的压缩空气的使用量的变动，并向流量控制阀用定位器124输出第一信号Sig1，以使母管50或喷出侧导管32内的压力恢复成原来的压力。由此，流量控制阀用致动器121进行驱动，来变更流量控制阀120的开度。其结果，通过调节流入压缩机13的空气的流量，来调节从压缩机13被喷出的压缩空气的流量。
另外，在压缩装置10中，因在供应目的地的压缩空气的使用量急剧地减少，或压缩机13的旋转速度降低等而喷出侧导管32内的压力高于压缩机13的喷出压力时，压缩空气逆流到压缩机13内。为了防止该逆流，在压缩装置10中，当第一压力计18或第二压力计19的检测结果达到指定值(比压缩机13的喷出压力低的指定的压力值)时，控制器20向排气阀用定位器154输出第二信号Sig2而打开排气阀150，以降低喷出侧导管32内的压力。
另外，在供应目的地的压缩空气的使用量少时，压缩装置10也能够通过调节排气阀150的开度来将在喷出侧导管32内流动的压缩空气的一部分排气，从而调节供应至供应目的地的压缩空气的流量。即使是在该情况下，通过排气阀用定位器154根据控制器20所输出的第二信号Sig2而调节供应至第三空气室1511的压缩空气的压力，从而也能调节排气阀150的开度。
以上，说明了本发明的实施方式所涉及的压缩装置10，但是在从外部向隔膜式致动器的空气室导入仪表空气的压缩装置中，另外需要用于导入仪表空气的动力。相对于此，在压缩装置10中，因为使用喷出侧导管32及吸入侧导管30内的空气来驱动流量控制阀用致动器121，所以无需用于导入仪表空气的动力，能够降低压缩装置10整体的动力。并且，因为喷出侧导管32及吸入侧导管30内的空气也被用于驱动排气阀用致动器151，所以能够进一步降低压缩装置10的动力。
由于流量控制阀用致动器121的第一空气室1211连接于喷出侧导管32的比换热器14靠下游的部位，所以通过换热器14的冷却而去除水分后的压缩空气、即干燥的压缩空气流入第一空气室1211。其结果，在流量控制阀用定位器124中，能够防止例如水进入先导压力调节部22的喷嘴220内而喷嘴220堵塞等因所述水分而引起的故障。在排气阀用致动器151的第三空气室1511中，由于空气从喷出侧导管32的比换热器14靠下游的部位被引导，所以也能够防止排气阀用定位器154的故障。此外，在无水分泄漏的可能性的情况下，也可以从喷出侧导管32的压缩机13与换热器14之间的部位向流量控制阀用致动器121的第一空气室1211引导空气。在排气阀用致动器151的第三空气室1511中也相同。
此外，本发明的压缩装置10不限定于上述实施方式，当然在不脱离本发明的主旨的范围内可进行各种变更。
压缩机也可以采用涡轮压缩机以外的例如涡旋(scroll)式、螺杆(screw)压缩机等其他形式的压缩机。在压缩机是螺杆压缩机的情况下，替代能够调节开度的流量控制阀120而使用仅开闭而无法调节开度的滑阀。
[实施方式的概要]
总结以上的实施方式如下。
即，上述的实施方式所涉及的压缩装置包括：压缩机主体，用于压缩空气；流量控制阀，调节被吸入所述压缩机主体的空气的流量；流量控制阀用致动器，具有隔着隔膜而设置的第一空气室及第二空气室，通过利用所述第一空气室的压力与所述第二空气室的压力的压力差使所述隔膜变动，来调节所述流量控制阀的开度；第一高压侧导管，连通供从所述压缩机主体喷出的压缩空气流动的流路与所述第一空气室；以及第一低压侧导管，连通在所述流量控制阀与所述压缩机主体之间供被吸入所述压缩机主体的空气流动的流路与所述第二空气室，其中，所述压缩机主体起动时的所述流量控制阀的开度被设定为在供被吸入所述压缩机主体的空气流动的流路中产生负压的开度。
根据此种结构，能够降低压缩装置的驱动所需的动力。
上述的压缩装置也可以还包括：换热器，用于冷却所述压缩空气；流量控制阀用定位器，设于所述第一高压侧导管，根据输入的第一信号而调节供应至所述第一空气室的所述压缩空气的压力；以及控制器，向所述流量控制阀用定位器输出所述第一信号，其中，所述第一高压侧导管连通供由所述换热器冷却后的所述压缩空气流动的流路与所述第一空气室。
根据此种结构，由于通过在换热器的冷却而结露并去除了水分的压缩空气、即干燥的压缩空气供应至定位器，所以能够防止定位器中的因所述水分而引起的故障。
另外，通过设置定位器，能够利用控制器高精度地调节流量控制阀用致动器的驱动轴的位置，所以能够准确地调节通过流量控制阀的空气的流量。
上述的压缩装置也可以还包括：排气阀，设于所述压缩机主体的下游侧，能够将所述压缩空气排出至外部；排气阀用致动器，具有隔着隔膜而设置的第三空气室及第四空气室，利用所述第三空气室的压力与所述第四空气室的压力的压力差而调节所述排气阀的开度；第二高压侧导管，连通供从所述压缩机主体喷出的压缩空气流动的流路与所述第三空气室；以及第二低压侧导管，连通在所述流量控制阀与所述压缩机主体之间供被吸入所述压缩机主体的空气流动的流路与所述第四空气室。
根据此种结构，能够进一步降低压缩装置的动力。
上述的压缩装置也可以包括：排气阀用定位器，设于所述第二高压侧导管，根据输入的第二信号而调节供应至所述第三空气室的压缩空气的压力，其中，所述控制器向所述排气阀用定位器输出所述第二信号，所述第二高压侧导管连通供由所述换热器冷却后的所述压缩空气流动的流路与所述第三空气室。
根据此种结构，由于通过在换热器的冷却而去除了水分的压缩空气供应至定位器，所以能够防止定位器中的因所述水分而引起的故障。
另外，通过设置定位器，能够利用控制器高精度地调节排气阀用致动器的驱动轴的位置，所以能够准确地调节通过排气阀的空气的流量。
产业上的可利用性
本发明提供能够降低压缩装置的驱动所需的动力的压缩装置。

Claims (5)

1.一种压缩装置，包括：
压缩机主体，用于压缩空气；
流量控制阀，调节被吸入所述压缩机主体的空气的流量；
其特征在于还包括：
流量控制阀用致动器，具有隔着隔膜而设置的第一空气室及第二空气室，通过利用所述第一空气室的压力与所述第二空气室的压力的压力差使所述隔膜变动，来调节所述流量控制阀的开度；
第一高压侧导管，连通供从所述压缩机主体喷出的压缩空气流动的流路与所述第一空气室；以及
第一低压侧导管，连通在所述流量控制阀与所述压缩机主体之间供被吸入所述压缩机主体的空气流动的流路与所述第二空气室，其中，
所述压缩机主体起动时的所述流量控制阀的开度被设定为在供被吸入所述压缩机主体的空气流动的流路中产生负压的开度。
2.根据权利要求1所述的压缩装置，其特征在于还包括：
换热器，用于冷却所述压缩空气；
流量控制阀用定位器，设于所述第一高压侧导管，根据输入的第一信号而调节供应至所述第一空气室的所述压缩空气的压力；以及
控制器，向所述流量控制阀用定位器输出所述第一信号，其中，
所述第一高压侧导管连通供由所述换热器冷却后的所述压缩空气流动的流路与所述第一空气室。
3.根据权利要求1所述的压缩装置，其特征在于还包括：
排气阀，设于所述压缩机主体的下游侧，能够将所述压缩空气排出至外部；
排气阀用致动器，具有隔着隔膜而设置的第三空气室及第四空气室，利用所述第三空气室的压力与所述第四空气室的压力的压力差而调节所述排气阀的开度；
第二高压侧导管，连通供从所述压缩机主体喷出的压缩空气流动的流路与所述第三空气室；以及
第二低压侧导管，连通在所述流量控制阀与所述压缩机主体之间供被吸入所述压缩机主体的空气流动的流路与所述第四空气室。
4.根据权利要求2所述的压缩装置，其特征在于还包括：
排气阀，设于所述压缩机主体的下游侧，能够将所述压缩空气排出至外部；
排气阀用致动器，具有隔着隔膜而设置的第三空气室及第四空气室，利用所述第三空气室的压力与所述第四空气室的压力的压力差而调节所述排气阀的开度；
第二高压侧导管，连通供从所述压缩机主体喷出的压缩空气流动的流路与所述第三空气室；以及
第二低压侧导管，连通在所述流量控制阀与所述压缩机主体之间供被吸入所述压缩机主体的空气流动的流路与所述第四空气室。
5.根据权利要求4所述的压缩装置，其特征在于还包括：
排气阀用定位器，设于所述第二高压侧导管，根据输入的第二信号而调节供应至所述第三空气室的压缩空气的压力，其中，
所述控制器向所述排气阀用定位器输出所述第二信号，
所述第二高压侧导管连通供由所述换热器冷却后的所述压缩空气流动的流路与所述第三空气室。
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