CN107202011A - 多级压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多级压缩机，其至少具有第一压缩机主体和吸入上述第一压缩机主体排出的压缩气体并排出更高压的压缩气体的第二压缩机主体，该多级压缩机包括：驱动上述第一压缩机主体的第一驱动源；驱动上述第二压缩机主体的第二驱动源；使上述第一压缩机主体的排出侧与上述第二压缩机主体的吸入侧连接的中间配管；从上述中间配管分支的低压侧排出配管系统；配置于上述低压侧排出配管系统，对允许/禁止上述第一压缩机主体排出的压缩气体的流通进行切换的开闭阀；和控制上述第一驱动源和第二驱动源的驱动的控制装置，上述控制装置在上述开闭阀为开时仅驱动上述第一驱动源。

Description

多级压缩机

技术领域

本发明涉及多级压缩机，涉及具有多台压缩机主体的多级压缩机。

背景技术

在吸入气体(例如空气)而生成压缩气体(例如压缩空气)的气体压缩机中，已知使多台压缩机主体的气体通路串联连接的所谓多级结构的压缩机(以下称为“多级压缩机”)。多级压缩机中，有采用使低压级压缩机主体的气体排出侧与高压级压缩机主体的气体吸入侧经由中间冷却器(intercooler)连接，进行2级压缩的结构的压缩机等。

在压缩机主体为1台的所谓单级压缩机中，不存在中间冷却器，因此配管部件也较少，从而主要在成本优势的方面有利。

另一方面，两级机进行中间冷却，压缩过程与单级压缩机相比更接近等温压缩，因此能够提高压缩效率，并且转子、壳体等各部件的温度更低，具有对于材料等而言耐热上的制约也较少这样的优点。

已知两级机中，使一级侧压缩机(低压级)的压缩比与2级侧压缩机(高压级)的压缩比相等时效率最高，从而，在两级机的设计中，一般以低压级的压缩比和高压级的压缩比在额定点相等的方式决定各级的速度。

另一方面，近年来出于节能的观点，较多使用在必要气体量变化时改变压缩机的运转速度来进行流量调整的变速机。此时，中间压损因气体量的变化而变化，因此例如气体量减少，中间压损降低时，高压级的吸入压力提高，成为与额定点不同的压力条件下的运转。结果，低压级与高压级的最佳速度比与额定点不同。一般而言，两级机中驱动源(例如电动机)为一个，并且对低压级和高压级的动力传递用一定增速比的齿轮对各级进行，因此不能够改变低压级与高压级的速度比。因此，部分负载使用时也存在不以最佳速度比运转的情况。

作为使低压级与高压级的运转速度比最佳的手段，有使各级的压缩机主体独立驱动的结构。JP3352187公开了低压级和高压级压缩机主体分别具有电动机，构成为能够独立驱动，检测中间压力，基于检测压力调整转速的运转方法。例如使用空气量减少、转速降低时，中间压力提高，因此在达到某个设定压力以上时从控制部对逆变器输出降低低压级压缩机主体的转速或者使高压级压缩机主体的转速上升的控制信号。根据JP3352187，在部分负载时也能够使各级的压缩比相等，能够实现效率良好的运转。

专利文献1：日本专利第3352187号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，JP3352187中，需要2台作为压缩机系统的主要部件的电动机。另外，用齿轮和皮带等增速时，它们的部件个数也会增加。这样，仅为了中间压力的优化，独立控制各级的转速，存在部件个数增加、材料费用和必要空间以及维护费用增加等各种课题。

另一方面，压缩机用户中，存在根据用途区分使用高压气体和低压气体的情况。此时，有时也单独具有高压用和低压用的压缩机，但是存在设置或安装面积增加、成本增加的课题。

关于这一点，也能够用1台压缩机实现两者的区分使用。例如有从压缩机生成高压的压缩气体，将其积存在贮存罐中，在需要低压的压缩气体时，减压至要求的压力而使用的情况等。采用这样减压的方法的情况下，会损失难得的高压压缩气体能量。

期望有更简便且高效率地获得压力不同的压缩气体的技术。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述问题，例如应用权利要求范围中记载的结构。即，一种多级压缩机，其至少具有第一压缩机主体和吸入上述第一压缩机主体排出的压缩气体并排出更高压的压缩气体的第二压缩机主体，该多级压缩机包括：驱动上述第一压缩机主体的第一驱动源；驱动上述第二压缩机主体的第二驱动源；使上述第一压缩机主体的排出侧与上述第二压缩机主体的吸入侧连接的中间配管；从上述中间配管分支的低压侧排出配管系统；配置于上述低压侧排出配管系统，对允许/禁止上述第一压缩机主体排出的压缩气体的流通进行切换的开闭阀；和控制上述第一驱动源和第二驱动源的驱动的控制装置，上述控制装置在上述开闭阀为开时仅驱动上述第一驱动源。

另外，例如，作为其它结构，提供一种多级压缩机，其至少具有第一压缩机主体和吸入上述第一压缩机主体排出的压缩气体并排出更高压的压缩气体的第二压缩机主体，该多级压缩机包括：驱动上述第一压缩机主体的第一驱动源；驱动上述第二压缩机主体的第二驱动源；使上述第一压缩机主体的排出侧与上述第二压缩机主体的吸入侧连接的中间配管；从上述中间配管分支的低压侧排出配管系统；配置于上述低压侧排出配管系统，对允许/禁止上述第一压缩机主体排出的压缩气体的流通进行切换的开闭阀；使上述第二压缩机主体的排出配管与上述低压侧排出配管的上述开闭阀的下游侧连接的旁通配管；对允许/禁止经由上述排出配管流通的压缩气体向上述旁通配管流通进行切换的旁通阀；与上述中间配管或上述第二压缩主体的吸入侧连接，使气体不经由上述第一压缩机主体地流通的吸入配管；配置于上述吸入配管，允许/禁止上述气体的流通的阀体；和控制上述第一驱动源和第二驱动源的驱动的控制装置，上述控制装置在上述开闭阀、上述旁通阀和上述阀体为开时仅驱动上述第二驱动源。

根据本发明，能够高效率地生成高压和低压的压缩气体。本发明的其他课题、结构、效果将根据以下记载而说明。

附图说明

图1是示意性地表示应用了本发明的实施例1的无油螺旋压缩机的结构的框图。

图2是详细示出实施例1的无油螺旋压缩机的压缩机主体结构等的截面和示意性表示控制系统图的图。

图3是示意性地表示应用了本发明的实施例2的无油螺旋压缩机的结构的框图。

图4是示意性地表示应用了本发明的实施例3的无油螺旋压缩机的结构的框图。

具体实施方式

以下，用附图说明本发明的实施方式。

[实施例1]

图1中示意性地表示应用了本发明的实施例1的两级螺旋空气压缩机(以下仅称为“压缩机”)20A和压缩机系统(包括高压、低压空气线、贮存罐8等)的结构以及气体的流动。另外，本实施例中应用无油式的螺旋空气压缩机，但本发明不限定于此，也可以是供液(油、水等)式压缩机，也可以是涡旋式、往复式、叶片式等压缩机构，还可以由各种形式的组合形成多级机构，能够在不脱离其主旨的范围内应用于各种结构。

压缩机20A具有低压级压缩机主体1、驱动它的驱动源(例如电动机3)、高压级压缩机主体2、驱动它的驱动源(电动机4)、中间冷却器6和后冷却器7。低压级压缩机主体1的排出侧与高压级压缩主体2的吸入侧将配管系统串联连接，低压级压缩机主体1将来自外部的吸入大气压缩，排出的压缩空气在中间冷却器6被中间冷却，之后，高压级压缩机主体2将其吸入并使其进一步升压，排出更高压的压缩空气，用后冷却器7将其冷却至规定温度。

从中间冷却器6连接至高压级压缩机主体2的中间配管系统在中途分支，一方的分支配管配置了低压级排出单向阀19和低压线排出阀(开闭阀)13，与1条或多条低压空气线100连接，对需求方供给低压的压缩空气。低压线排出阀13和低压级排出单向阀19允许/禁止从中间配管起的低压空气线100的流通。

另外，另一方的分支配管经由高压级吸入阀14，与高压级压缩机主体2的吸入侧连接。高压级压缩机主体2的排出侧配管系统从上游侧起配置高压级排出单向阀18和后冷却器7，与配置在压缩机20A的外部的贮存罐8连接。贮存罐8与1条或多条高压空气线200连接，对需求方供给高压的压缩空气。

压缩机20A在中间冷却器6的下游且在其与中间配管的分支点之间，具有检测低压级压缩机主体1的排出压力的压力传感器21。另外，贮存罐8中具有检测贮存罐8的内压的压力传感器22。另外，压力传感器22也可以在压缩机20A中，配置在高压级排出单向阀18下游的配管系统中。各压力传感器21、22的检测压力，向以可通信的方式连接的控制装置10输入，控制装置10根据这些压力值控制电动机3和4的驱动旋转。本实施例中，电动机3和4分别具有逆变器11A、11B，控制装置10通过它们进行变速控制。

图2中表示低压级侧和高压级侧的各压缩机主体、电动机等的具体结构。低压级压缩机主体1在形成于压缩机主体壳体50的压缩室内置有阴阳一对螺旋转子51a和51b。各螺旋转子隔着规定的间隙非接触地啮合，由它们和压缩室内壁作为压缩工作室起作用。阳转子的轴与电动机3的主轴52同轴地串联地构成，在轴方向上与电动机3相反一侧的端部，具有与设置在阴转子端部的齿轮啮合而传递动力的定时齿轮53。压缩机主体壳体50与电动机壳体55沿轴一体地连接。本实施例中，是转子51a与电动机的主轴52直接连接的结构，但并不排除齿轮连接或皮带驱动。另外，电动机3等也以径向电动机为例，但也可以是轴向电动机等其他形式的电动机。

高压级压缩机主体2具有与低压级压缩机主体1大致相同的结构，但在高压级压缩机主体1的压缩容积较小、转速更高这一点有所不同。

如上所述，各压缩机主体中设置的电动机3和4分别从逆变器11a和11b接受电力供给。控制装置10能够独立地对各逆变器11a和11b发送旋转频率指令值。因此，能够分别独立地控制低压级压缩机主体1和高压级压缩机主体2。

在这一点上，例如，为一个驱动源、通过齿轮或皮带同时进行低压侧、高压侧的驱动的结构的多级压缩机的情况下，各压缩机主体的旋转驱动比固定，并且不能仅对任一方进行驱动控制，而本实施例的压缩机20A中，具有也能够进行任一方的驱动控制的特征。

控制装置10是通过运算装置与程序的协作而实现的功能部。其具有外部输入输出接口(未图示)，能够接收各种设定值、运转方式的切换等的输入，适当输出运转状况、各种控制信息。

另外，控制装置10与压力传感器21和22以可通信的方式连接(图中的点划线)，进行与检测压力相应的控制。进而，与低压线排出阀13、高压级吸入阀14等电磁阀连接(图中的虚线)，控制它们的开闭动作。

具有这样的结构的压缩机20A的特征之一在于，能够将仅由低压级压缩机主体1生成的低压的压缩空气、以及由低压级压缩机主体1和高压级压缩机主体2生成的高压的压缩空气这两者区分开地对用户侧供给。具体而言，(1)使用仅由低压级压缩机主体1生成的低压压缩空气时，使低压线排出阀13为“开”且使高压侧吸入阀14为“闭”，使高压级压缩机主体2的运转停止。(2)使用高压压缩空气时，使低压线排出阀13为“闭”且使高压级吸入阀14为“开”，使低压级和高压级压缩机主体双方运转。(3)使用低压级和高压级压缩机主体1和2双方的压缩空气时，使低压级排出阀13和高压级吸入阀14双方为“开”，使低压级和高压级压缩机主体双方运转。

以下，具体说明各运转方式。

作为通常的两级压缩机使用时，使低压线排出阀13为“闭”、高压级吸入阀14为“开”而进行运转。从低压级压缩机主体1排出的压缩空气全部被吸入高压级压缩机主体2并被压缩至更高的压力，向贮存罐8排出。此时，与使用空气流量相应地改变两级压缩机主体的运转速度，例如使用空气量较少的情况下，中间压力相比于额定运转时提高，因此如果使低压级压缩机主体1的速度n1与高压级压缩机主体的速度n2的比(n1/n2)相比于额定减小，则能够适当地降低中间压力。

接着，仅使用低压级压缩机主体1生成的压缩空气时，使低压线排出阀13为“开”、高压级吸入阀14为“开”，高压级压缩机主体2的运转停止。由此使高压级压缩机主体2从运转系统分离，能够实现仅对低压空气线100供给压缩空气。

最后，同时使用低压级压缩机主体1的压缩空气和高压级压缩机主体2生成的压缩空气时，使低压线排出阀13和高压级吸入阀14都为“开”。

此处，从低压级压缩机主体1对低压空气线供给时，中间压力与供给的空气量相应地降低。中间压力的降低不能够获得高压级压缩机主体2的适当的吸入压力。因此，不仅作为两级压缩机效率良好的压力均衡被破坏，运转效率变差，而且高压级压缩机主体2中的压力比增大，相应地动力过大时，可能在高压级侧难以获得必要的压力，或者温度上升增大而不能运转。

于是，本实施例中，通过使低压级压缩机主体1的速度n1与高压级压缩机主体2的速度n2的比(n1/n2)相比于额定增大而使中间压力上升。具体而言，控制装置10基于压力传感器21、22的输出，例如以使低压级压缩机主体1中的压缩比与高压级压缩机主体2中的压缩比相等的方式设定转速比。

以上对于实施例1进行了说明，根据压缩机20A，能够任意地实现由仅低压级压缩机主体1的驱动生成的压缩空气、由通常的两级压缩机主体1、2的驱动生成的压缩空气、以及由两级压缩机主体1和2和仅低压级压缩机主体1的驱动生成这3种供给方式。

另外，生成低压的压缩空气时，通过仅驱动低压级压缩机主体1，与将高压空气减压使用的情况相比，具有消除了能量损失的优点。

另外，能够同时作为两级压缩机生成高压的压缩空气、且作为单级机生成低压的压缩空气。

进而，能够以1台两级压缩机的结构，用作单级压缩机、两级压缩机和单级/两级同时驱动压缩机，在设置场所和成本方面的用户优势之外，也能够同时实现部件个数减少这样的制造方优势。

[实施例2]

对于应用了本发明的实施例2的压缩机20B进行说明。与实施例1的主要不同点在于：不具有实施例1的高压级吸入阀14，而具有从高压级压缩机主体1的排出侧连接至低压空气线100侧配管系统的低压级排出单向阀19与低压线排出阀13之间的旁通配管25；该旁通配管25的中途具有排出侧旁通阀26；和在高压级压缩机主体2的排出侧配管，在旁通配管25的分支点的下游侧具有调压单向阀27。

另外，实施例2的压缩机20B能够进行对低压空气线供给仅由低压级压缩机主体1生成的压缩空气的运转和通常的两级压缩机的运转，不进行通过两台压缩机主体的驱动对高压空气线和低压空气线双方供给压缩空气的运转。另外，其他结构与实施例1相同，对相同部件/元素使用相同附图标记，省略详细说明。

实施例1的高压级吸入阀14会导致通过它的压缩空气的轻微的压力损失，而采用实施例2的结构时，具有在通常的两级机运转时不产生这样的压力损失的优点。

调压单向阀27是在规定的压力以下时限制压缩空气的流通的单向阀，本实施例中，在只有低压级压缩机主体1驱动的压力环境中为“闭”，在通常的两级机运转时的高压排出环境中为“开”。

排出侧旁通阀26是电磁阀，由控制装置10控制。排出侧旁通阀26在仅驱动低压级压缩机主体1、对低压空气线供给压缩空气时为“开”，在通常的两级压缩机运转时为“闭”。

[实施例3]

对于应用了本发明的实施例3的压缩机20C进行说明。实施例3与其他实施例的主要不同点在于：构成为在仅对低压空气线供给压缩空气时，能够仅选择低压级压缩机主体1或高压级压缩机主体2中的任一方进行运转而供给压缩空气。

仅对低压空气线供给压缩机空气时，使用的空气量较少时，一般而言，与使低压级低速运转相比，使容积小的高压级高速运转具有提高效率的倾向。

图4中示意性地表示了实施例3的压缩机20C的结构。另外，以下的说明中对于相同部件/元素使用相同附图标记，省略详细说明。

低压级压缩机主体1的吸入侧配管系统分支，一方的配管成为低压级压缩主体1的吸入系统，另一方的配管40成为以与中间配管连通的方式连接的吸气配管。另外，配管40也可以不与中间配管连接，而是与其不同地与高压级压缩机主体3的吸入侧连接的吸气配管结构。配管40具有电磁阀(阀体)36，由控制装置10控制开闭，由此允许/禁止气体在配管40中流通。

另外，与实施例2相同，具有从高压级压缩机主体2的排出侧配管系统向低压空气线100分支的旁通配管25，但本实施例中，旁通配管25采用从后冷却器7的中途乃至出口向低压空气线100分支的结构。

具有以上结构的压缩机20C，在仅对低压空气线供给压缩空气时，空气量较多时，使低压线排出阀13为“开”、电磁阀36和旁通阀26为“闭”，仅使低压级压缩机主体1运转。另一方面，空气量较小时，压缩机20使低压线排出阀13、电磁阀36和旁通阀26都为“闭”，仅使高压级压缩机主体2运转。

即，高压级压缩机主体2吸入不经由低压级压缩机主体1的排出口的外部空气，生成对低压空气线100供给的压缩机空气。

另外，通过通常的两级压缩机的运转仅对高压空气线供给高压的压缩空气时，压缩机20C使低压线排出阀13、电磁阀36和旁通阀26都为“闭”。进而，对两条空气线供给空气时，使低压线排出阀13为“开”、电磁阀36和旁通阀26为“闭”并且与使用空气量相应地改变低压级压缩机主体1与高压级压缩机主体2的运转速度比地进行运转。

这样，根据实施例3的压缩机20C，仅对低压空气线供给压缩空气时，能够与供给的压缩空气量相应地选择低压级压缩机主体1或高压级压缩机主体2中的任一方，效率更高地供给压缩空气。

以上说明了本发明的实施例，但本发明不限定于上述各种结构等，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。也能够将特定的实施例的结构置换于其他实施例。

例如，上述实施例中，采用了用控制装置10控制低压线排出阀13等的方式，但也可以使电磁阀的一部分或全部为手动的阀体，通过用户通过控制装置10进行的运转切换操作，而成为对低压空气线供给压缩空气的运转。

Claims (9)

1.一种多级压缩机，其至少具有第一压缩机主体和吸入所述第一压缩机主体排出的压缩气体并排出更高压的压缩气体的第二压缩机主体，该多级压缩机的特征在于，包括：

驱动所述第一压缩机主体的第一驱动源；

驱动所述第二压缩机主体的第二驱动源；

使所述第一压缩机主体的排出侧与所述第二压缩机主体的吸入侧连接的中间配管；

从所述中间配管分支的低压侧排出配管系统；

配置于所述低压侧排出配管系统，对允许/禁止所述第一压缩机主体排出的压缩气体的流通进行切换的开闭阀；和

控制所述第一驱动源和第二驱动源的驱动的控制装置，

所述控制装置在所述开闭阀为开时仅驱动所述第一驱动源。

2.如权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于：

在所述中间配管，在所述第二压缩机主体的吸入侧具有对允许/禁止所述第一压缩机主体排出的压缩气体的流通进行切换的吸入侧开闭阀，

所述控制装置在所述开闭阀为开且所述吸入侧开闭阀为闭时仅驱动所述第一驱动源。

3.如权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于：

所述控制装置在所述开闭阀为开时，还驱动第二驱动源。

4.如权利要求1所述的多级压缩机，其特征在于：

包括：将所述第二压缩机主体的排出配管与所述低压侧排出配管的所述开闭阀的下游侧连接的旁通配管；和

对允许/禁止经由所述排出配管流通的压缩气体向所述旁通配管流通进行切换的旁通阀，

所述控制装置在所述旁通阀为开且所述吸入侧开闭阀为闭时仅驱动所述第一驱动源。

5.如权利要求1～4中任一项所述的多级压缩机，其特征在于：

所述开闭阀、吸入侧开闭阀和所述旁通阀中的至少一者是电磁阀，所述控制装置进行该电磁阀的控制。

6.一种多级压缩机，其至少具有第一压缩机主体和吸入所述第一压缩机主体排出的压缩气体并排出更高压的压缩气体的第二压缩机主体，该多级压缩机的特征在于，包括：

驱动所述第一压缩机主体的第一驱动源；

驱动所述第二压缩机主体的第二驱动源；

使所述第一压缩机主体的排出侧与所述第二压缩机主体的吸入侧连接的中间配管；

从所述中间配管分支的低压侧排出配管系统；

配置在所述低压侧排出配管系统，对允许/禁止所述第一压缩机主体排出的压缩气体的流通进行切换的开闭阀；

使所述第二压缩机主体的排出配管与所述低压侧排出配管的所述开闭阀的下游侧连接的旁通配管；

对允许/禁止经由所述排出配管流通的压缩气体向所述旁通配管流通进行切换的旁通阀；

与所述中间配管或所述第二压缩主体的吸入侧连接，使气体不经由所述第一压缩机主体地流通的吸入配管；

配置于所述吸入配管，允许/禁止所述气体的流通的阀体；和

控制所述第一驱动源和第二驱动源的驱动的控制装置，

所述控制装置在所述开闭阀、所述旁通阀和所述阀体为开时仅驱动所述第二驱动源。

7.如权利要求6所述的多级压缩机，其特征在于：

所述控制装置在所述阀体为闭、所述开闭阀和所述旁通阀为开时，代替所述第二驱动源，仅驱动所述第一驱动源。

8.如权利要求6所述的多级压缩机，其特征在于：

所述控制装置在所述旁通阀和所述阀体为闭、所述开闭阀为开时，也驱动所述第一驱动源。

9.如权利要求6～8中任一项所述的多级压缩机，其特征在于：

所述开闭阀、所述旁通阀和所述阀体中的至少一者是电磁阀，所述控制装置进行该电磁阀的控制。