CN107850067B - 油冷式螺杆压缩机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

油冷式螺杆压缩机（2）具备运算部（36）和控制装置，前述运算部（36）至少基于吸入温度（Ts）、吸入压力（Ps）、排出温度（Td）及排出压力（Pd）运算来求出残存水分量（Dr），前述控制装置具有换流器控制部（32）和放气阀控制部（34），前述换流器控制部（32）控制前述换流器（16），使得将第1转速和第2转速进行比较，以较大的转速使马达（14）驱动，前述第1转速是残存水分量（Dr）为目标水分量的马达（14）的转速，前述第2转速是排出压力（Pd）为目标压力的马达（14）的转速，前述放气阀控制部（34）在以第1转速驱动马达（14）的情况下排出压力（Pd）超过放气压力的期间将放气阀（12）打开。根据该油冷式螺杆压缩机（2），防止水分蓄积于油分离回收器内，并且即使从要求压力较低的低负荷状态变化成要求压力较高的高负荷状态，也能够即时地开始供给要求压力。

Description

油冷式螺杆压缩机及其控制方法
技术领域
本发明涉及油冷式螺杆压缩机及其控制方法。
背景技术
已知为了冷却、润滑而使用油的油冷式螺杆压缩机。油冷式螺杆压缩机吸入的空气中含有水分，有时由于压缩等水分析出。若析出的水分混入润滑油，则成为润滑功能下降的原因。
在专利文献1中，公开了如下油冷式螺杆压缩机：为了防止这样的水分的析出，对蓄积于润滑油的水分量进行运算，在水分量为既定下限值以上时打开放气阀(也称作放风阀)，将油分离回收器内的空气与水分一同向外部放出(放气)。
专利文献：日本特开2004-11426号公报。
专利文献1的油冷式螺杆压缩机在要求压力较低的低负荷状态下发热量较少，所以容易呈放气来将水分排出的运转状态，且排出水分需要时间。此外，将水分排出运转的状态的期间放气，所以油分离回收器内的压力下降。进而，即使此时呈要求压力较高的高负荷状态，油分离回收器内的压力也下降，所以不能即时地开始供给要求压力。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种油冷式螺杆压缩机，前述油冷式螺杆压缩机防止水分蓄积于油分离回收器内，并且即使从要求压力较低的低负荷状态变化成要求压力较高的高负荷状态，也能够即时地开始供给要求压力。
本发明的第1方案提供一种油冷式螺杆压缩机，前述油冷式螺杆压缩机具备压缩机主体、换流器、油分离回收器、放气阀、运算部、控制装置，前述压缩机主体被电动机驱动，前述换流器用于改变前述电动机的转速，前述油分离回收器与前述压缩机主体的排出口流体连接，前述放气阀与前述油分离回收器流体连接，用于从前述油分离回收器放气，前述运算部进行运算来求出在前述油分离回收器会混入油的水分量即残存水分量，前述控制装置具有换流器控制部和放气阀控制部，前述换流器控制部控制前述换流器，使得将第1转速和第2转速进行比较，以较大的转速使前述电动机驱动，前述第1转速是前述残存水分量为目标水分量的前述电动机的转速，前述第2转速是排出压力为目标压力的前述电动机的转速，前述放气阀控制部在以前述第1转速驱动前述电动机的情况下前述排出压力超过被设定成比前述目标压力高的既定的放气压力的期间将前述放气阀打开。这里，前述残存水分量根据吸入空气的水分量和压缩空气的水分量的差量来求出。
根据该方案，能够将残存水分量维持成既定的目标水分量，并且能够将压缩空气的排出压力维持成目标压力。结果，能够防止水分蓄积于油分离回收器内，并且即使从要求压力较低的低负荷状态变化成要求压力较高的高负荷状态，也能够即时地开始供给要求压力。
优选地，还具备吸入温度传感器、吸入压力传感器、排出温度传感器、排出压力传感器，前述吸入温度传感器用于检测朝向前述压缩机主体的吸入温度，前述吸入压力传感器用于检测朝向前述压缩机主体的吸入压力，前述排出温度传感器用于检测来自前述压缩机主体的排出温度，前述排出压力传感器用于检测来自前述压缩机主体的排出压力，前述运算部至少基于前述吸入温度、前述吸入压力、前述排出温度及前述排出压力进行运算来求出前述残存水分量。这里，前述残存水分量根据吸入空气的水分量和压缩空气的水分量的差量来求出。
基于吸入温度传感器、吸入压力传感器、排出温度传感器及排出压力传感器对残存水分量进行运算，由此能够定量地算出残存水分量。因此，能够更准确地将残存水分量维持成既定的目标水分量。
优选地，还具备吸入流量传感器和吸入湿度传感器，前述吸入流量传感器用于检测朝向前述压缩机主体的吸入流量，前述吸入湿度传感器用于检测朝向前述压缩机主体的吸入湿度，前述运算部在前述残存水分量的运算中使用前述吸入流量和前述吸入湿度。
基于吸入流量传感器及吸入湿度传感器对吸入空气的水分量进行运算，由此能够更准确地算出残存水分量。
优选地，还具备吸入阀，前述吸入阀用于调整向前述压缩机主体的吸入空气量，前述控制装置还具备吸入阀控制部，前述吸入阀控制部在前述排出压力超过既定的放气压力时将前述吸入阀关闭。
通过配合放气阀使吸入阀动作，能够更切实地防止油冷式螺杆压缩机的过度的升压和减少消耗动力。
本发明的第2方式提供一种油冷式螺杆压缩机的控制方法，对在油分离回收器会混入油的水分量即残存水分量进行运算，计算前述残存水分量为目标水分量的压缩机的第1转速，计算排出压力为目标压力的前述压缩机的第2转速，将前述第1转速和前述第2转速进行比较，以较大的转速驱动前述压缩机，在以前述第1转速驱动前述压缩机时，在前述排出压力超过被设定成比前述目标压力高的既定的放气压力的期间，使前述压缩机的压缩空气向大气中放出。这里，优选地，残存水分量至少基于吸入温度、吸入压力、排出温度及排出压力来运算。这里，前述残存水分量被根据吸入空气的水分量和压缩空气的水分量的差量求出。
发明效果
根据本发明，能够将油冷式螺杆压缩机的残存水分量维持成既定的目标水分量，并且能够将压缩空气的压力维持成目标压力。结果，能够在油分离回收器内防止蓄积水分量增加，并且即使从要求压力较低的低负荷状态变化成要求压力较高的高负荷状态，也能够即时地开始供给要求压力。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的油冷式螺杆压缩机的概略结构图。
图2是表示图1的油冷式螺杆压缩机的控制装置的框图。
图3是表示图1的油冷式螺杆压缩机的控制的流程图。
图4是表示本发明的第2实施方式的油冷式螺杆压缩机的概略结构图。
图5是表示图4的油冷式螺杆压缩机的控制装置的框图。
图6是本发明的第3实施方式的油冷式螺杆压缩机的概略结构图。
图7是表示图6的油冷式螺杆压缩机的控制装置的框图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
(第1实施方式)
如图1所示，本实施方式的油冷式螺杆压缩机2具备空气流路4和油流路6，前述空气流路4主要供空气流动，前述油流路6供用于润滑及冷却的油流动。
在空气流路4设置有压缩机主体8、油分离回收器10、放气阀12。
压缩机主体8是油冷式的螺杆型的，穿过第1空气配管4a从吸气口8a抽吸空气。在压缩机主体8机械连接有马达(电动机)14，通过驱动马达14，借助内部的无图示的螺杆压缩空气。在马达14电气连接有换流器（inverter）16，能够改变马达14的转速。压缩机主体8在压缩后将压缩空气从排出口8b排出。被排出的压缩空气含有大量的油，被穿过第2空气配管4b向油分离回收器10供给。
油分离回收器10将油和压缩空气分离。油分离回收器10具备配置于上部的油分离件10a和配置与下部的油罐10b。油分离件10a将气体和液体(压缩空气和油)分离。已通过油分离件10a而分离油的压缩空气(以下称作排出空气)穿过第3空气配管4c被向供给目的地供给。第4空气配管4d从第3空气配管4c的中途分岔。第4空气配管4d经由放气阀12通向外部。因此，通过调整放气阀12的开度，能够将排出空气穿过第4空气配管4d向外部排放。此外，借助油分离件10a分离的油由于重力暂时积存于配置于下部的油罐10b，已被积存的油流向油流路6。
在油流路6设置有压缩机主体8、油分离回收器10、油过滤器18、油冷却器20。
积存于油分离回收器10的油罐10b的油穿过第1油配管6a被向压缩机主体8供给，被用于润滑及冷却等。在第1油配管6a夹设有油过滤器18和油冷却器20。油过滤器18是用于将油以外的杂质除去而设置的过滤器。油冷却器20为了使油的温度下降而被设置。油冷却器20的种类没有特别限定，例如也可以使用热交换器。优选地，能够通过使用不消耗电力的装置来提高油冷式螺杆压缩机2的效率。
在压缩机主体8被用于润滑、冷却的油被从压缩机主体8的排出口8b与压缩空气一同排出，穿过第2油配管6b(第2空气配管4b)被向油分离回收器10供给。这样，油被循环使用地供给。
在第1空气配管4a设置有吸入温度传感器22和吸入压力传感器24，前述吸入温度传感器22用于检测被向压缩机主体8抽吸的空气(以下称作吸入空气)的温度(以下称作吸入温度Ts)，前述吸入压力传感器24用于检测吸入空气的压力(以下称作吸入压力Ps)。此外，在第2空气配管4b设置有排出温度传感器26和排出压力传感器28，前述排出温度传感器26用于检测被从压缩机主体8排出的压缩空气的温度(以下称作排出温度Td)，前述排出压力传感器28用于检测被从压缩机主体8排出的压缩空气的压力(以下称作排出压力Pd)。吸入温度传感器22、吸入压力传感器24、排出温度传感器26及排出压力传感器28分别将测定值向控制装置30输出。
控制装置30由定序器等硬件和安装于其的软件构成。控制装置30基于各个传感器22~28的测定值控制换流器16及放气阀12。
如图2所示，控制装置30具备换流器控制部32、放气阀控制部34、运算部36。换流器控制部32控制换流器16来调整马达14的转速。放气阀控制部34控制放气阀12来调整向供给目的地的供给压力。运算部36基于从吸入温度传感器22、吸入压力传感器24、排出温度传感器26及排出压力传感器28收到的测定值如以下的式(1)至式(4)那样计算残存水分量Dr乃至蓄积水分量D。
这里，对上述式(1)至式(4)中的各变量进行说明。变量Ds表示被从第1空气配管4a向压缩机主体8抽吸的吸入空气的水分量(以下称作吸入水分量)。变量Qs表示第1空气配管4a的吸入空气的流量(以下称作吸入流量)，是基于吸入温度Ts及吸入压力Ps从过去的数据推定的值。变量Hs是与吸入温度Ts对应的饱和水蒸气压。变量Ms表示第1空气配管4a的吸入空气的湿度(以下称作吸入湿度)，是基于吸入温度Ts及吸入压力Ps从过去的数据推定的值。变量Dd表示穿过第2空气配管4b被从压缩机主体8排出的每单位体积的压缩空气的水分量(以下称作排出水分量)。变量Hd是与排出温度Td对应的饱和水蒸气压。变量Dr是吸入水分量和排出水分量的差量（差分），表示混入油的水分量，换言之，表示会在油分离回收器10混入油的水分量(以下称作残存水分量)。变量D是蓄积有混入油的水分量Dr的量(以下称作蓄积水分量)。
接着，参照图3，对本实施方式的控制流进行说明。本实施方式的油冷式螺杆压缩机2起动后(步骤S3-1)，借助换流器控制部32以马达14的第1转速和第2转速中的较高的转速控制换流器16(步骤S3-2)。这里，第1转速是残存水分量Dr为目标水分量的马达14的转速。目标水分量例如也可以设定为零，即并未在油中混入水分而实质上蓄积。第2转速为排出压力Pd为目标压力的马达14的转速。目标压力与被从供给目的地要求的要求压力对应地设定。
若借助换流器控制部32选择第1转速，则以使残存水分量Dr追随本实施方式的目标水分量即零的方式控制马达14的转速(步骤S3-3)。此时，判断排出压力Pd是否比放气压力高(步骤S3-4)。在排出压力Pd比放气压力高的情况下，借助放气阀控制部34打开放气阀12来放气来减压(步骤S3-5)。在并非如此的情况下不进行放气。然后再次借助换流器控制部32以马达14的第1转速和第2转速中的较高的转速控制换流器16(步骤S3-2)，重复这些处理。这里，放气压力是指，为了防止目标压力附近处的放气阀12的频繁的开闭动作，被设定成比目标压力稍高的压力。
若借助换流器控制部32选择第2转速，则被控制成排出压力Pd追随于目标压力(步骤S3-6)。该情况下，排出压力不会超过目标压力，所以无需放气。然后再次借助换流器控制部3以马达14的第1转速和第2转速中的较高的转速控制换流器16(步骤S3-2)，重复这些处理。
这样，能够将残存水分量Dr维持成既定的目标水分量，并且将油分离回收器10的压力维持成目标压力。结果，能够防止水分蓄积于油分离回收器10内，并且即使从要求压力较低的低负荷状态变化成要求压力较高的高负荷状态，也能够即时开始供给要求压力。
(第2实施方式)
图4表示第2实施方式的油冷式螺杆压缩机2的概略结构图。本实施方式的油冷式螺杆压缩机2除了有关吸入流量传感器38及吸入湿度传感器40被设置于第1空气配管4a以外，与图1的第1实施方式实质相同。因此，省略关于与图1所示的结构相同的部分的说明。
在本实施方式中，在第1空气配管4a设置有吸入流量传感器38和吸入湿度传感器40，前述吸入流量传感器38用于检测朝向压缩机主体8的吸入流量Qs，前述吸入湿度传感器40用于检测朝向压缩机主体8的吸入湿度Ms。吸入流量传感器38及吸入湿度传感器40分别对控制装置30输出测定值。
如图5所示，本实施方式的运算部36基于来自吸入流量传感器38、吸入湿度传感器40、吸入温度传感器22、吸入压力传感器24、排出温度传感器26及排出压力传感器28的测定值，如上述式(1)至式(3)那样计算残存水分量Dr。
上述式(1)至式(4)的变量中的吸入流量Qs及吸入湿度Ms与第1实施方式不同，使用借助吸入流量传感器38及吸入湿度传感器40测定的实测值。因此，能够算出更准确的残存水分量Dr乃至蓄积水分量D。
关于本实施方式的控制流，与图3所示的第1实施方式的控制流相同。
(第3实施方式)
图6表示第2实施方式的油冷式螺杆压缩机2的概略结构图。本实施方式的油冷式螺杆压缩机2除了关于在第1空气配管4a追加有吸入阀42以外与图1的第1实施方式实质相同。因此，省略关于与图1所示的结构相同的部分。
在本实施方式中，在第1空气配管4a设置有用于调整朝向压缩机主体8的空气的供给量的吸入阀42。此外，控制装置30还具备吸入阀控制部44，前述吸入阀控制部44以在排出压力Pd超过既定的放气压力时关闭的方式控制吸入阀42。本实施方式的放气阀控制部34以在排出压力Pd超过既定的放气压力时打开的方式控制放气阀12。
在本实施方式中，关于控制流，与图3所示的第1实施方式的控制流大致相同，但在步骤S3-5借助放气阀12放气并且吸入阀42也同时关闭。这样打开放气阀12并且关闭吸入阀42，由此能够更切实地防止油冷式螺杆压缩机2的异常升压并减少消耗动力。
对本发明的具体的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，能够在本发明的范围内进行多种改变来实施。例如，也可以将上述第1至第3实施方式中已记载的内容适当组合来作为本发明的一实施方式。此外，吸入温度传感器22、吸入压力传感器24、排出温度传感器26、排出压力传感器28、吸入流量传感器38及吸入湿度传感器40的每一个不仅是在空气流路4的某个空气配管4a~4d，也可以设置于借助各个传感器得到同等测定值的其他部位。
此外，残存水分量为，随着压缩机主体8吸入的每1m3的气体中的水分的量(吸入水分量)及压缩机主体8在饱和状态排出的每1m3的气体流出来的水分的量(排出水分量)的差量即可，也可以通过上述实施方式以外的运算求出。例如，残存水分量Wr能够根据在如下的式5及6求出的吸入水分量Ws和排出水分量Wd的差量(Wr＝Ws-Wd)来求出。
在压缩机主体8的吸入气体是吸入空气的情况下，若将吸入温度设为Ts(℃)，将吸入湿度设为Ms(%)，则吸入水分量Ws(kg/m3)如下式所示。
这里，Hs(=Ms÷100×Hs')表示水蒸气分压(mmHg)，Hs’(=10^{8.884-2224.4÷(273+Ts)})表示饱和水蒸气压(mmHg)。其中，“10^X”表示10的X次幂(=10X)。
接着，若将压缩空气的压力即排出压力设为Pd(kg/cm2G)，将压缩空气的温度即排出温度设为Td(℃)，则排出水分量Wd(kg/m3)如下式所示。
这里，Hd(=100÷100×Hd'=Hd')表示水蒸气分压(mmHg)，Hd’(=10^{8.884-2224.4÷(273+Td)})表示饱和水蒸气压(mmHg)。
附图标记说明
2 　油冷式螺杆压缩机
4 　空气流路
4a 　第1空气配管
4b 　第2空气配管
4c 　第3空气配管
4d 　第4空气配管
6 　油流路
6a 　第1油配管
6b 　第2油配管
8 　压缩机主体
8a 　吸气口
8b 　排出口
10 　油分离回收器
10a　油分离件
10b　油罐
12 　放气阀
14 　马达
16 　换流器
18 　油过滤器
20 　油冷却器
22 　吸入温度传感器
24 　吸入压力传感器
26 　排出温度传感器
28 　排出压力传感器
30 　控制装置
32 　换流器控制部
34 　放气阀控制部
36 　运算部
38 　吸入流量传感器
40 　吸入湿度传感器
42 　吸入阀
44 　吸入阀控制部。

Claims (8)

1.一种油冷式螺杆压缩机，其特征在于，
具备压缩机主体、换流器、油分离回收器、放气阀、运算部、控制装置，
前述压缩机主体被电动机驱动，
前述换流器用于改变前述电动机的转速，
前述油分离回收器与前述压缩机主体的排出口流体连接，
前述放气阀与前述油分离回收器流体连接，用于从前述油分离回收器放气，
前述运算部进行运算来求出在前述油分离回收器会混入油的水分量即残存水分量，
前述控制装置具有换流器控制部和放气阀控制部，前述换流器控制部控制前述换流器，使得将第1转速和第2转速进行比较，以较大的转速使前述电动机驱动，前述第1转速是前述残存水分量为目标水分量的前述电动机的转速，前述第2转速是排出压力为目标压力的前述电动机的转速，前述放气阀控制部在以前述第1转速驱动前述电动机的情况下前述排出压力超过既定的放气压力的期间将前述放气阀打开，前述既定的放气压力被设定成比前述目标压力高。
2.如权利要求1所述的油冷式螺杆压缩机，其特征在于，
还具备吸入温度传感器、吸入压力传感器、排出温度传感器、排出压力传感器，
前述吸入温度传感器用于检测朝向前述压缩机主体的吸入温度，
前述吸入压力传感器用于检测朝向前述压缩机主体的吸入压力，
前述排出温度传感器用于检测来自前述压缩机主体的排出温度，
前述排出压力传感器用于检测来自前述压缩机主体的排出压力，
前述运算部至少基于前述吸入温度、前述吸入压力、前述排出温度及前述排出压力进行运算来求出前述残存水分量。
3.如权利要求1或2所述的油冷式螺杆压缩机，其特征在于，
前述残存水分量被根据吸入空气的水分量和压缩空气的水分量的差量来求出。
4.如权利要求1或2所述的油冷式螺杆压缩机，其特征在于，
还具备吸入流量传感器和吸入湿度传感器，
前述吸入流量传感器用于检测朝向前述压缩机主体的吸入流量，
前述吸入湿度传感器用于检测朝向前述压缩机主体的吸入湿度，
前述运算部在前述残存水分量的运算中使用前述吸入流量和前述吸入湿度。
5.如权利要求1或2所述的油冷式螺杆压缩机，其特征在于，
还具备吸入阀，前述吸入阀用于调整向前述压缩机主体的吸入空气量，
前述控制装置还具备吸入阀控制部，前述吸入阀控制部在前述排出压力超过既定的放气压力时将前述吸入阀关闭。
6.一种油冷式螺杆压缩机的控制方法，其特征在于，
对在油分离回收器会混入油的水分量即残存水分量进行运算，
计算前述残存水分量为目标水分量的压缩机的第1转速，
计算排出压力为目标压力的前述压缩机的第2转速，
将前述第1转速和前述第2转速进行比较，以较大的转速驱动前述压缩机，
在以前述第1转速驱动前述压缩机时，在前述排出压力超过既定的放气压力的期间，使前述压缩机的压缩空气向大气中放出，前述既定的放气压力被设定成比前述目标压力高。
7.如权利要求6所述的油冷式螺杆压缩机的控制方法，其特征在于，
前述残存水分量的运算至少基于吸入温度、吸入压力、排出温度及排出压力来进行。
8.如权利要求6或7所述的油冷式螺杆压缩机的控制方法，其特征在于，
前述残存水分量根据吸入空气的水分量和压缩空气的水分量的差量来求出。
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