CN110374877B - 多级压缩机单元和用于调节马达的转速的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级压缩机单元(1)，其包括：至少第一压缩机级(2)，其包括通过第一齿轮传动装置(9)驱动的第一压缩机元件(5)；和第二压缩机级(3)，其包括通过单独的第二齿轮传动装置(14)驱动的第二压缩机元件(10)，第一和第二齿轮传动装置(9、14)包括驱动齿轮和构造成作为倍增器的从动齿轮，从动齿轮中的每一个相应地连接到第一压缩机元件(5)或第二压缩机元件(10)的转子的轴，其中，第一马达(8)和第二马达(13)适于分别驱动第一压缩机级(2)和第二压缩机级(3)，其中，第一齿轮传动装置(9)和第二齿轮传动装置(14)中的任一个的从动齿轮和驱动齿轮之间的齿轮比位于2和6之间。

Description

多级压缩机单元和用于调节马达的转速的方法

技术领域

本发明涉及一种多级压缩机单元，所述多级压缩机单元包括：入口和压缩气体出口、至少第一压缩机级、和第二压缩机级，所述至少第一压缩机级包括第一压缩机元件，所述第一压缩机元件由第一马达通过第一齿轮传动装置驱动，所述第二压缩机级包括第二压缩机元件，所述第二压缩机元件由第二马达通过单独的第二齿轮传动装置驱动，其中所述第一和第二齿轮传动装置中的每一个均包括：相应地连接到第一马达或第二马达的驱动齿轮；和构造成倍增器的从动齿轮，所述从动齿轮中的每一个相应地连接到所述第一压缩机元件或第二压缩机元件的转子的轴，其中第一马达和第二马达适于分别驱动第一压缩机元件和第二压缩机元件。

背景技术

多级压缩机单元广泛用于工业中，这种已知的单元通常具有至少两个压缩机级，其中，压缩机元件由相同的马达驱动或由单独的马达驱动。

如果压缩机元件由相同的马达驱动，即使这些可能是可靠的，但是这些压缩机单元在两个压缩机级的速度调节的灵活性方面受到限制。

在WO 2017/169,595A中可以找到两级压缩机的示例，其中每级均包括通过逆变器驱动的马达。

在又一个示例中，WO 01/31202中，提供了一种多级压缩机，其中压缩机级的压缩机元件基于在多级压缩机的出口处测量的压力而被单独驱动。

通常，这些已知的压缩机单元包括以低速驱动的相当大的马达，从而使得它们在制造成本和操作成本方面效率低，这是因为马达没有满负荷使用。

发明内容

考虑到上述缺点，本发明的目的是提供一种多级压缩机单元，其允许根据不同压缩机级各自的参数调节不同压缩机级的速度而增加灵活性。

本发明的另一个目的是提供一种在制造成本和操作成本方面都有效的多级压缩机单元。

本发明的又一个目的是提供一种解决方案，用于以高负荷使用驱动不同压缩机级的压缩机元件的马达。

本发明通过提供一种多级压缩机单元解决了上述和/或其他问题中的至少一个，所述多级压缩机单元包括入口和压缩气体出口、至少第一压缩机级、和第二压缩机级，该至少第一压缩机级包括由第一马达通过第一齿轮传动装置驱动的第一压缩机元件，第二压缩机级包括由第二马达通过单独的第二齿轮传动装置驱动的第二压缩机元件，其中所述第一和第二齿轮传动装置中的每一个包括：相应地连接到第一马达或第二马达的驱动齿轮；构造为倍增器的从动齿轮，每个所述从动齿轮均相应地连接到所述第一压缩机元件或第二压缩机元件的转子的轴，由此第一马达和第二马达适于分别驱动第一压缩机元件和第二压缩机元件，其中所述第一齿轮传动装置和第二齿轮传动装置中的任一个的从动齿轮和驱动齿轮之间的齿轮比介于2和6之间。

通过在所述第一和第二齿轮传动装置中的任一个的从动齿轮和驱动齿轮之间采用这样的齿轮比，根据本发明的多级压缩机单元可以包括以更高的速度驱动同时仍然满足用户需求的小型马达，从而与现有的压缩机单元相比提高了多级压缩机单元的效率。

因此，由于马达较小，不仅提高了多级压缩机单元的运行效率，而且降低了制造成本。

另外，根据本发明的多级压缩机单元的能量占用面积也变得更小。

此外，通过使用更小的马达，多级压缩机单元的尺寸和重量减小。

因此，不仅在制造期间而且在运输期间，多级压缩机单元的操纵变得更容易。

通过使用这种布局，各个压缩机元件的转子的转速高于相应的马达转速，从而提高了多级压缩机单元的效率。

实际上，由于这种布局，第一压缩机元件和第二压缩机元件的转子通过使用小马达达到与它们使用大马达所达到的相同速度。这转化为整体制造成本和系统复杂性的降低，原因在于较小的马达将需要使用传统材料、传统连接构件和传统控制。

本发明还涉及一种用于调节多级压缩机单元的马达的转速的方法，其中该方法包括以下步骤：

﹣提供包括第一压缩机元件的第一压缩机级，并且借助于第一马达通过第一齿轮传动装置驱动所述第一压缩机元件；

﹣提供包括第二压缩机元件的第二压缩机级，并且借助于第二马达通过单独的第二齿轮传动装置与所述第一压缩机元件分开地驱动所述第二压缩机元件；

﹣将第一齿轮传动装置和第二齿轮传动装置中的每一个的驱动齿轮相应地连接到第一马达或第二马达；

﹣将第一齿轮传动装置和第二齿轮传动装置中的每一个的从动齿轮相应地连接到所述第一压缩机元件或第二压缩机元件的转子的轴，

其中该方法还包括将所述第一齿轮传动装置和第二齿轮传动装置中的任一个的从动齿轮和驱动齿轮之间的齿轮比设定在2和6之间的步骤。

本发明还涉及一种多级压缩机单元，其包括至少第一压缩机元件和第二压缩机元件以及至少第一马达和第二马达，所述第一马达和第二马达用于分别通过单独的第一齿轮传动装置驱动所述第一压缩机元件或者通过独立的第二齿轮传动装置驱动所述第二压缩机元件，所述第一齿轮传动装置和第二齿轮传动装置中的每一个均包括：连接到所述第一马达或第二马达的相应马达的驱动齿轮；以及连接到所述第一压缩机元件或第二压缩机元件中的一个的转子的轴上的从动齿轮，其中，所述第一齿轮传动装置和第二齿轮传动装置中的任一个的驱动齿轮的齿数与从动齿轮的齿数之间的比介于2和6之间。

在本发明的上下文中，应该理解的是，上文提出的关于多级压缩机单元的益处对于调节转速的方法也是有效的。

附图说明

为了更好地显示本发明的特征，下文参考附图，通过示例且没有任何限制性质地描述根据本发明的一些优选构造，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的多级压缩机单元；

图2示意性地示出了根据本发明的一个实施例的第一压缩机级的示例；

图3示意性地示出了根据本发明的一个实施例的多级压缩机单元；

图4示意性地示出了根据图3的多级压缩机单元的侧视图；

图5示意性地示出了图3的多级压缩机单元的旋转视图；

图6示意性地示出了根据本发明的另一实施例的多级压缩机单元；和

图7示意性地示出了根据本发明的一个实施例的方法的流程图表示。

具体实施方式

图1示出了多级压缩机单元1，在这种情况下是两级压缩机单元的形式，其包括第一压缩机级2和第二压缩机级3，其将压缩气体供应到用户网络4。

所述第一压缩机级2包括具有入口6和压缩气体出口7的第一压缩机元件5。

第一压缩机元件5由第一马达8通过第一齿轮传动装置9驱动。

通常，这种齿轮传动装置9容纳在壳体内，该组件通常被称为齿轮箱。

类似地，第二压缩机级3包括具有入口11和压缩气体出口12的第二压缩机元件10。第二压缩机元件10由第二马达13通过第二齿轮传动装置14驱动。

由于这种布局，实现了独立的速度调节。

然而，不应排除根据本发明的多级压缩机单元1还可包括两个以上的压缩机级，例如并且不限于：三个、四个或甚至更多。

在本发明的上下文中，多级压缩机单元1应该被理解为完整的压缩机设备，其包括压缩机元件5和10、所有典型的连接管和阀、罩盖以及驱动压缩机元件5和10的可能的马达8和13。

在本发明的上下文中，压缩机元件应理解为压缩机元件壳体，在其中通常通过一个或多个转子发生压缩过程。

所述第一齿轮传动装置9和第二齿轮传动装置14中的每一个均包括彼此啮合的驱动齿轮和从动齿轮。

考虑第一压缩机级2，驱动齿轮安装在所述第一马达8的转子的马达轴上，并且从动齿轮安装在第一压缩机元件5的一根轴上。

类似地，第二齿轮传动装置14的驱动齿轮安装在所述第二马达13的转子的马达轴上，并且从动齿轮安装在第二压缩机元件10的一根轴上。

在运行期间，马达轴旋转并且因此驱动齿轮旋转，从而使得从动齿轮以及因此压缩机元件5中的转子也旋转。

因为从动齿轮构造为倍增器，所以从动齿轮的转速在操作期间高于驱动齿轮的转速。因此，第一压缩机元件5和第二压缩机元件10中的转子将达到比它们各自的马达的转子更高的转速。

所述第一压缩机元件5和第二压缩机元件10中的每一个通常包括两个转子：彼此相互啮合的阳转子和阴转子(未示出)。

每个所述转子均包括轴，其中优选但不限于此，阳转子的轴连接到相应的齿轮传动装置的从动齿轮。

不应排除的是，阴转子的轴可以连接到从动齿轮、而不是阳转子的轴连接到从动齿轮。

这种齿轮传动装置的使用提供了在速度范围方面的灵活性的优点。

此外，所述齿轮传动装置的从动齿轮和驱动齿轮之间的齿轮比越低，第一马达8和第二马达13的速度分别越高，从而可以节省潜在的成本。但是，超过一定速度时，需要采取额外措施来应对技术挑战。

优选地，从动齿轮和驱动齿轮之间的齿轮比介于2和6之间，在这种情况下，第一马达8和第二马达13不需要额外措施。因此，在高负荷条件下使用马达，这将转换成更低的操作成本。

通过选择介于2和6之间的速度比，第一压缩机级2和第二压缩机级3的转子的最大速度和最小速度分别被实际上保持在标称范围内。结果，第一压缩机级2的压缩机元件壳体内的温度和第二压缩机级3的压缩机元件壳体内的温度还可以保持在所需限制内，从而保护了部件并且潜在增加了多级压缩机单元1的使用寿命。

通过针对第一马达8和第二马达13采用介于2和6之间的速度比，允许相应马达的速度高于传统单元，而同时又不需要额外的增强件并且没有额外的用于冷却马达或轴承的装置。因此，操作成本和制造成本保持得较低。

在传统系统中，马达的转子和压缩机元件的转子之间的齿轮比通常选择在6以上，这种系统包括以低速度运行的较大马达。由于马达没有满负荷驱动，因此系统的效率不是最佳的，并且运行成本更高。

较新的系统将选择低于2的齿轮比以为了提高效率，但是通过达到如此高的速度，将需要第一马达8和第二马达13的转子的附加增强件。

而且，更大的马达需要特殊的连接元件和材料，所述连接元件和材料可以抵抗在满负荷驱动时遇到的高振动和高温。

另外，第一马达8和/或第二马达13的高转速需要变频器的高转换频率，这意味着在控制方面的更大挑战。

此外，这种高转速将需要用于制造马达的特殊材料、用于在其中容纳磁体的特殊装置、以及特殊的冷却装置。

在根据本发明的但不限于此的一个优选实施例中，所述第一和第二压缩机元件5和10可以选择为无油或注油的螺杆或带齿压缩机元件。

在根据本发明的另一个优选实施例中，所述第一马达8和第二马达13中的每一个均包括用于改变相应马达8和13的转速的变频器(未示出)。

在根据本发明的一个优选实施例中，第一马达8和第二马达13允许通过每个变频器彼此独立地改变速度。

因为以这种方式选择多级压缩机单元1的布局，不仅增加了系统的灵活性，而且可以根据特定的系统条件调整多级压缩机单元1。

因此，独立速度调节允许基于环境和操作条件来改善多级压缩机单元1的性能。

在根据本发明的但不限于此的一个优选实施例中，第一压缩机级2和第二压缩机级3串联连接。因此，第一压缩机级2的压缩气体出口7流体连接到第二压缩机元件10的入口11，并且第二压缩机级3的压缩气体出口12流体连接到用户的网络4(图1)

然而，不排除的是，第一压缩机级2可以与第二压缩机级3并联连接。在这种情况下，两个压缩机级的入口将从公共入口分支开并且两个压缩气体出口将连接至到达用户网络的公共出口。

在根据本发明的一个优选实施例中，多级压缩机单元1包括冷却单元15，用于冷却离开第一压缩机元件5或第二压缩机元件10的压缩气体。

这种冷却单元15位于第一压缩机级2和第二压缩机级10之间、或第二压缩机级10和用户网络4之间。

优选地，冷却单元15定位在第一压缩机级2和第二压缩机级10之间的流体管道上。

通常，冷却单元15包括两个部分：压缩气体流过的通道的第一部分和冷却剂流过的第二部分，冷却剂的温度通常远低于压缩气体的温度。因此，离开第一压缩机级2的压缩气体在被引导通过在其处被进一步压缩的第二压缩机元件10的入口之前通过冷却单元15被冷却。

冷却单元15中的冷却剂选自包括空气、水、油或任何其他冷却剂的组。

在根据本发明的但不限于此的另一个实施例中，冷却剂可进一步包含添加剂，例如乙二醇。

在根据本发明的一个实施例中，多级压缩机单元1还包括通过第一通信链路17连接到第一马达8和通过第二通信链路18连接到第二马达13的控制器单元16。

优选地但不限于此，控制器单元16通过所述第一通信链路17连接到适于增大或减小第一马达8的速度的变频器。

以类似的方式，控制器单元16通过第二通信链路18连接到适于增大或减小第二马达13的速度的变频器。

控制器单元16确定所述第一马达8和所述第二马达13的速度、并且产生到每个变频器的电信号。

在根据本发明的一个优选实施例中，多级压缩机单元1通常包括一系列传感器，例如：第一压力传感器23和/或第一温度传感器25，其定位在第一压缩机元件5的压缩气体出口7处；和第二压力传感器24和/或第二温度传感器26，其定位在第二压缩机元件10的压缩气体出口12处。

通过测量第一压缩机级2的压缩气体出口7处和第二压缩机级3的压缩气体出口12处的压力和/或温度并且通过考虑用户网络4位置处的压缩气体的需求，可以确定第一马达8和第二马达13的转速，从而保持多级压缩机单元1的最佳运行状态。

在根据本发明的另一个实施例中，控制器单元16适于分别通过第三通信链路19和第四通信链路27从所述压力传感器23和/或24、和/或温度传感器25和/或26接收测量数据。

在多级压缩机单元1的设计期间，通过考虑不同压缩机元件的参数、它们的几何尺寸以及考虑在压缩气体时的理想行为来确定压缩机单元1的功能模式。因此，实现了图形表示或矩阵，由此可以找到马达的速度与压缩气体出口处的压力之间的关系。

这样的图形或矩阵可用于基于相应的压力和/或温度测量值以及用户网络处的需求来确定第一马达8和第二马达13的速度。

在根据本发明的另一个实施例中，控制器单元16可以进一步使用在第一压缩机元件5和第二压缩机元件10的压力之上的质量流量的表示来确定多级压缩机单元1的平衡状态并改变第一马达8和第二马达13的速度，使得保持平衡状态。

在这种状态下，冷却单元15的效率是最佳的。另外，第二压缩机元件10和第一压缩机元件5之间的压力比以标称参数保持，这意味着避免了级之间的压力差非常高的情况。因此，不允许压缩机元件5和10中的每一个的温度以非常高的水平升高，温度以非常高的水平升高将潜在地影响相应的压缩机级2和3的功能。

因此，不仅降低了操作成本，而且还保护压缩机元件5和10免于达到非常高的温度、或非常低或非常高的压力水平，并且保护第一和第二马达8和13免于以超出标称范围之外的速度运行。

在理想情况下，即使第一马达8和/或第二马达13的速度降低，但是仍然保持了平衡状态。

然而，在实际情况中，测试表明达到平衡状态的参数在马达经历速度变化时会转变成在压力之上的质量流量的表示，这可能导致如下情况：其中，由于驱动第一马达8的速度非常低，因此压缩气体出口7处的压力变得非常高。

这种情况是不希望的，控制器单元16通过单独调节第一马达8和第二马达13的速度来帮助防止第一压缩机元件5的压缩气体出口7和第二压缩机元件10的压缩气体出口12处的高压力值。

通常，第一压缩机元件5限定在用户网络4的位置处输送的压缩气体的体积，而第二压缩机元件10限定在用户网络4处输送的压缩气体的压力。

如果系统达到如下情况：其中第一压缩机元件5的转子的速度由于用户网络位置处的需求变化而显著降低、并且第二压缩机元件10的转子保持在相同的速度，则第一压缩机元件5的压缩气体出口7处的压力值以及因此温度水平可以增加到非常高的水平。

控制器单元16通过单独调节第二马达13的速度并通过考虑第一压缩机级2的压缩气体出口7处的压力和/或温度的测量来避免这种情况。

由于这种速度调节，第一压缩机级2和第二压缩机级3的速度范围实际上被扩大。

因此，当第一马达8以非常低的速度运行时，在第一压缩机元件5的压缩气体出口7处测量的压力和温度变得非常高，达到或几乎达到功能极限。当遇到这种情况时，不是停止多级压缩机单元1，而是优选地在第二压缩机级3的位置处进行速度调节。因此，通过增加第二马达13的速度，第一压缩机元件5的压缩气体出口7的位置处的压力减小，因此多级压缩机单元1以标称参数保持。

通过这种方式，允许第一马达8以甚至比最小设置更低的速度运行，从而提高了多级压缩机单元1的可靠性。

如果在第二压缩机元件10的压缩气体出口12处达到压力或温度的极值时，也可以施加同样的方式，通过调节第一马达8的转速来调节这些值。

在已知的压缩机中，当第一压缩机级以低转速运行时，在第一压缩机元件位置处测量的压力升高，并且在第二压缩机元件位置处遇到的泄漏也在增加，这对于该单元的功能是不利的。

然而，通过使用根据本发明的多级压缩机单元1，避免了这种情况。

因此，第一压缩机元件5和第二压缩机元件10分别通过单独的齿轮传动装置驱动，这使得可以通过调节第一压缩机元件5的压缩气体出口7处的压缩气体的压力来保持两级之间的压力和质量流量之间的平衡状态。

通过保持平衡状态，多级压缩机单元1在能量消耗方面将更有效并且压缩机级2和3将以标称工作参数保持。

因为第一压缩机元件5和第二压缩机元件10分别通过第一马达8和第二马达13驱动，并且因为齿轮比介于2和6之间，所以多级压缩机单元1利用更容易控制的马达，该马达具有更好的动态控制。因此，第一马达8和第二马达13易于保持在稳定的运行状态并且被更精确地控制。

因为马达的动态控制整体上限定了多级压缩机单元1的动态，所以所述多级压缩机单元1可以使用更简单的软件。

在本发明的上下文中，第一通信链路17、第二通信链路18、第三通信链路19和第四通信链路27可以各自被选择为有线或无线通信链路。

在有线连接的情况下，提供电线以允许电信号从中传输，在所述电线的每一端的连接器元件用于连接控制器单元16和相应的部件。

在无线连接的情况下，两个部件之间的连接包括发送器和接收器，它们彼此通信并允许电信号通过其发送，或者每个部件可以包括允许双向通信的收发器。

在根据本发明的一个实施例中，所述第一马达8或第二马达13中的至少一个是电动马达。

在根据本发明的并不限于此的又一个实施例中，至少一个电动马达是VSD(变速驱动)马达。

挑战和相关的速度范围取决于马达的尺寸。为了克服这种依赖性，根据本发明的一个优选特征，第一马达8和/或第二马达13中的至少一个被构造成使得标称功率(以kW为单位)和标称速度(以rpm为单位)的平方的乘积位于0.0006×10E12和0.025×10E12之间的范围内。

通常，与马达相关的成本随着标称功率和标称速度的平方之间的乘积值的增加而减小。由于技术限制，当达到极限时会遇到这种情况。如果需要跨越这样的极限，则需要选择更昂贵的马达和控制系统。

在根据本发明的另一个实施例中，所述第一马达8和/或第二马达13中的至少一个可以构造成使得最大功率(以kW为单位)和最大速度(以rpm为单位)的平方的乘积位于0.0006×10E12和0.025×10E12之间的范围内。

在根据本发明的另一个实施例中，第一压缩机级2和第二压缩机级3容纳在壳体(未示出)内。

为了减小多级压缩机单元1的占地面积并改善气流，优选的是相对于多级压缩机单元1的最长侧的方向并且因此是壳体的最长侧(图3)横向地定向所述第一压缩机元件5或第二压缩机元件10中的至少一个以及驱动该至少一个第一压缩机元件5或第二压缩机元件10的第一马达8或第二马达13。

通常，驱动压缩机元件的马达安装在所述压缩机元件的旁边并且在其延续部分中，这是因为马达将直接驱动压缩机元件的转子。由于齿轮传动装置，压缩机元件的转子的旋转轴线从相应马达的转子的旋转的旋转轴线偏移、但保持与其平行。

压缩机元件的旋转轴线限定如图3所示的轴线A﹣A'。

优选地，所述第一压缩机级2和第二压缩机级3中的至少一个安装成使得它们限定的轴线A﹣A'相对于多级压缩机单元1的最长侧的方向横向定位。

优选地但不限于此，第一压缩机元件5和第一马达8以及第二压缩机元件10和第二马达13相对于多级压缩机单元1的最长侧的方向并且因此是壳体的最长侧横向地定向。

出于标准化的原因，优选地，相同的电动马达用于不同的压缩机元件。更具体地，马达的尺寸优选是相同的。

出于电磁兼容性的原因，变频器可以定位在第一机柜20和控制器单元16以及第二机柜21中的相应控制电子设备中。所述第一和第二机柜20和21优选地彼此相邻地定位在多级压缩机单元1的头侧。

换句话说，在安装之后，第一机柜20和第二机柜21限定了对应于壳体的最长侧的轴线B﹣B'。优选地，轴线A﹣A'与轴B﹣B'平行或近似平行。

在根据本发明的并且不限于此的另一个实施例中，第二压缩机级3可以与第一压缩机级2并联安装。

在根据本发明的又一个实施例中，为了改善通过多级压缩机单元1的气流，第二压缩机级3可相对于第一压缩机级2旋转180°，如图6所示。结果，第一马达8将与第二压缩机元件10并联安装，第二马达13将与第一压缩机元件5并联安装。

由于这种布局，气体在通过多级压缩机单元1时的路径变短。

在根据本发明的另一个实施例中，第一马达8和第二马达13可以是空气冷却或液体冷却。

优选地，出于鲁棒性的原因，所述第一马达8和第二马达13中的至少一个是液体冷却的。

优选地但不限于此，第一马达8和第二马达13都是液体冷却的。

在根据本发明的但不限于此的一个优选实施例中，所述第一马达8和第二马达13中的至少一个用与由该第一马达8或第二马达13分别驱动的第一压缩机元件5或第二压缩机元件10相同的液体冷却。

为了实现有效的冷却和紧凑的多级压缩机单元1(其需要最少数量的部件和连接装置)，用相同的液体冷却至少一个马达8和/或13以及压缩机元件5和/或10包括包含所述液体的冷却回路，所述冷却回路构造成使得该马达8和/或13以及相关的压缩机元件5和/或10串联冷却。

优选地但不限于此，第一马达8和第二马达13中的每一个均包括沿着所述马达壳体的圆周通过其马达壳体的冷却通道，从而提高冷却效率。

类似地，所述第一压缩机元件5和所述压缩机元件10中的每一个的压缩机壳体可包括沿着相应的压缩机壳体的圆周的冷却通道。

在根据本发明的另一个实施例中，为了得到更紧凑的多级压缩机单元1，所述第一压缩机元件5或第二压缩机元件10中的至少一个的压缩气体出口连接到冷却单元15并且位于该冷却单元15的顶部。

在根据本发明的另一个实施例中，多级压缩机单元1还包括第二冷却单元22，其定位在第二压缩机级3和用户网络4之间的流体管道上。

在另一优选但不限于此的实施例中，第一压缩机元件5位于冷却单元15的顶部，第二压缩机元件10位于第二冷却单元22的顶部。

优选地但不限于此，第一压缩机元件5和冷却单元15之间的连接件和/或第二压缩机元件10与第二冷却单元22之间的连接件优选地构造成支撑所述第一压缩元件5和/或所述第二压缩机元件10。

在根据本发明的另一个实施例中，驱动第一压缩机元件5的第一马达8与第一压缩机元件5一起定位在冷却单元15的顶部上。

进一步优选地但不限于此，驱动第二压缩机元件10的第二马达13和第二压缩机元件10均位于第二冷却单元22的顶部。

优选地但非必要地，所述第一马达8和第二马达13中的每一个的冷却出口分别连接到所述冷却单元15或第二冷却单元22的冷却入口，或者所述第一马达8和第二马达13中的每一个的冷却入口分别连接到所述冷却单元15或第二冷却单元22的冷却出口。

在根据本发明的另一个实施例中，所述第一压缩机元件5和/或所述第二压缩机元件10中的一个与冷却单元15之间的连接通过连接部件28实现，所述连接部件28被构造为支撑该第一压缩机元件5或第二压缩机元件10。

在根据本发明的但不限于此的另一个优选实施例中，所述第一压缩机元件5或第二压缩机元件10中的至少一个通过第二连接部件连接到相应的第一马达8或第二马达13，所述第二连接部件构造成支撑该第一压缩机元件5或第二压缩机元件10。通过采用这种布局，根据本发明的多级压缩机单元1非常紧凑。此外，利用容易获得的、标准化的不同部件，可以实现简单的维护过程。

在根据本发明的并且不限于此的另一个实施例中，多级压缩机单元1可包括由第一马达8和/或第二马达13(未示出)驱动的两个或更多个压缩机元件。

作为示例，第一压缩机级2可包括所述第一压缩机元件5和至少一个其它压缩机元件(未示出)，所述其它压缩机元件与第一压缩机元件5串联或并联连接。

类似地，第二压缩机级3可包括与至少一个另外的压缩机元件(未示出)串联或并联连接的所述第二压缩机元件10。

另一种可能性是，多级压缩机单元1包括连接到第一用户网络的连接，该第一用户网络从例如第一压缩机级2的压缩气体出口7的分支连接接收压缩气体。

而另一个用户网络将从第二压缩机级3的压缩气体出口12的分支连接接收压缩气体。

多级压缩机单元1的功能非常简单并且如下所述。

多级压缩机单元1接通，第一马达8和第二马达13以控制器单元16选择的相应速度通过第一齿轮传动装置9使第一压缩机元件5的转子旋转并且通过第二齿轮传动装置14使第二压缩机元件10的转子旋转，从而满足用户网络4的需求。

优选地，第一压缩机级2的压缩气体出口7连接到冷却单元15的入口而冷却单元15的气体出口连接到第二压缩机元件10的入口11。

在图7的步骤100中，分别通过第一压力传感器23和第二压力传感器24测量第一压缩机级2的压缩气体出口7处和第二压缩机级3的压缩气体出口12处的压力，并且通过第三通信链路19将该压力发送到控制器单元16。

在根据本发明的一个实施例中，控制器单元16优选地能够基于在第二压缩机级3的压缩气体出口12处测量的压力调节第一马达8的转速、并且基于在第一压缩机级2的压缩气体出口7处测量的压力调节第二马达13的转速。

在步骤101中，控制器单元16将比较来自步骤124的在第二压缩机级3的压缩气体出口12处的测量压力值与来自步骤102的第一压力基准值，所述第一压力基准值对应于第二压缩机元件10的压缩气体出口12处的压力并且因此对应于用户网络4处的期望压力。

如果比较结果显示测量压力值和第一压力基准值这两个值不同，则控制器单元16在步骤103中确定第一马达8的转速，并产生电信号通过第一通信链路17发送到第一压缩机级2的变频器，并且在步骤104中调节第一马达8的转速。

基于第一压力基准值102，控制器单元16在步骤105中通过考虑在设计中确定的多级压缩机单元1的功能模式识别在冷却单元15位置处的第二压力基准值104。

不言而喻，控制器单元16包括能够执行计算的处理单元(未示出)和可以存储不同的数据和计算值的存储单元(未示出)。

优选地，多级压缩机单元1的运行模式可以在压缩机单元1出厂之前保存到存储单元上，或者可以在压缩机单元1出厂之后的任意时刻保存在存储单元上。

随后在步骤123中将所识别的第二压力基准值(步骤104)与在第一压缩机级2的压缩气体出口7处测量的压力值进行比较。如果比较结果显示这两个值不同，则在步骤106中控制器单元16优选地确定第二马达13的转速、产生电信号并且通过第二通信链路18传送到第二压缩机级3的变频器、并在步骤107中调节第二马达13的转速。

通过调节转速，应该理解的是，由控制器单元16产生的电信号确定相应的变频器，以分别增大或减小第一马达8或第二马达13的转速，使得达到第一压力基准值和/或第二个压力基准值。

优选地，由控制器单元16选择第二压力基准值，使得保持第一压缩机级2和第二压缩机级3之间的平衡状态。

在根据本发明的并且不限于此的一个优选实施例中，控制器单元16包括比例积分(PI)控制器，用于确定第一马达8和/或第二马达13所需的转速。

在根据本发明的另一个实施例中，控制器单元16可以包括两个PI控制器，每个PI控制器均分别用于确定第一马达8和第二马达13的速度。

这些控制器执行步骤103和106中的计算。

在根据本发明的并且不限于此的另一个实施例中，该方法还包括在步骤108中通过将第一马达8的转速乘以预定增益来调节第二马达13的转速的步骤。

根据多级压缩机单元1的功能模式确定预定增益。

在又一个实施例中并且不限于此，该方法还包括通过将第一马达8的转速乘以一计算增益来调节第二马达13的转速的步骤，通过使对应于理想情况的预定增益与由PI控制器考虑多级压缩机单元1的测量值计算的确定增益相加而计算得出所述计算增益。

考虑根据理想情况的多级压缩机单元1的行为并基于多级压缩机单元1的理论计算模型，根据第一马达8的转速和用户网络4处所需的压力计算预定增益。

而考虑多级压缩机单元1的实际行为，根据第一马达8的转速和用户网络4处所需的压力计算所述确定的增益。

通过实施这种方法，可以更准确地确定第二马达13的转速。因此，在其运行期间保持多级压缩机单元1的平衡状态。

根据多级压缩机单元1的设计，所述多级压缩机单元1可以以任何组合而不脱离本发明的范围地包括在此呈现的一些技术特征或甚至所有技术特征。

技术特征至少意味着：压缩机级之间的串联连接，每个压缩机级中包括的压缩机的数量及其连接，第一和第二压缩机元件5和10可以选择为无油或注入油的螺杆或带齿压缩机元件，第一马达8和第二马达13中的每一个均包括变频器，功能模式的使用，超过压力的质量流量表示的使用，第一马达8或第二马达13中的至少一个马达是电动马达，电动马达中的至少一个是带有变速驱动器(VSD)的马达，压缩机元件和马达定位在相应的冷却单元15和/或22的顶部，多级压缩机单元1包括：冷却单元15、第二冷却单元22、控制器单元16、第一通信链路17、第二通信链路18、第一压力传感器23、第一温度传感器25、第二压力传感器24、第二温度传感器26、第三通信链路19、第四通信链路27、连接部件28等。

本发明决不局限于上文讨论和附图中示出的示例，然而，在不脱离本发明的范围的情况下，可以以各种形状和尺寸实现根据本发明的多级压缩机单元。

Claims (29)

1.一种多级压缩机单元(1)，包括：入口和压缩气体出口、至少第一压缩机级(2)、和第二压缩机级(3)，所述至少第一压缩机级包括由第一马达(8)通过第一齿轮传动装置(9)驱动的第一压缩机元件(5)，所述第二压缩机级包括由第二马达(13)通过单独的第二齿轮传动装置(14)驱动的第二压缩机元件(10)，其中所述第一齿轮传动装置(9)和第二齿轮传动装置(14)中的每一个均包括：相应地连接到所述第一马达(8)或所述第二马达(13)的驱动齿轮；以及构造为倍增器的从动齿轮，所述从动齿轮中的每一个相应地连接到所述第一压缩机元件(5)或所述第二压缩机元件(10)的转子的轴，其中所述第一马达(8)和所述第二马达(13)适于分别驱动所述第一压缩机级(2)和所述第二压缩机级(3)，

其特征在于，所述第一齿轮传动装置(9)和所述第二齿轮传动装置(14)中的每一个的从动齿轮和驱动齿轮之间的齿轮比位于2和6之间。

2.根据权利要求1所述的多级压缩机单元，其特征在于，所述多级压缩机单元还包括冷却单元(15)，用于冷却离开所述第一压缩机元件(5)或所述第二压缩机元件(10)的压缩气体。

3.根据权利要求2所述的多级压缩机单元，其特征在于，所述多级压缩机单元还包括控制器单元(16)，所述控制器单元通过第一通信链路(17)连接到所述第一马达(8)并通过第二通信链路(18)连接到所述第二马达(13)。

4.根据权利要求3所述的多级压缩机单元，其特征在于，所述多级压缩机单元(1)包括：位于所述第一压缩机元件(5)的压缩气体出口处的第一压力传感器和/或第一温度传感器；位于所述第二压缩机元件(10)的压缩气体出口处的第二压力传感器和/或第二温度传感器，并且所述控制器单元(16)适于通过第三通信链路(19)从所述第一压力传感器及第二压力传感器和/或所述第一温度传感器及第二温度传感器接收测量数据。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的多级压缩机单元，其特征在于，所述第一马达(8)和所述第二马达(13)中的至少一个是电动马达。

6.根据权利要求5所述的多级压缩机单元，其特征在于，所述电动马达是VSD马达。

7.根据权利要求1至4中的任一项所述的多级压缩机单元，其特征在于，所述第一马达(8)和所述第二马达(13)中的至少一个被构造成使得以kW为单位的标称功率和以rpm为单位的标称速度的平方的乘积处于0.0006×10E12和0.025×10E12之间的范围内。

8.根据权利要求1至4中的任一项所述的多级压缩机单元，其特征在于，所述第一马达和所述第二马达中的至少一个被构造成使得以kW为单位的最大功率和以rpm为单位的最大速度的平方的乘积处于0.0006×10E12和0.025×10E12之间的范围内。

9.根据权利要求1至4中的任一项所述的多级压缩机单元，其特征在于，所述第一压缩机元件(5)和所述第二压缩机元件(10)中的至少一个压缩机元件以及驱动该至少一个压缩机元件的马达相对于所述多级压缩机单元(1)的最长侧的方向横向定向。

10.根据权利要求5所述的多级压缩机单元，其特征在于，所述第一马达(8)和所述第二马达(13)在尺寸方面基本相同。

11.根据权利要求1至4中的任一项所述的多级压缩机单元，其特征在于，所述多级压缩机单元(1)还包括：第一机柜(20)，所述第一机柜包括一个或多个变频器；和第二机柜(21)，所述第二机柜包括控制电子设备，所述第一机柜(20)和第二机柜(21)彼此分开。

12.根据权利要求11所述的多级压缩机单元，其特征在于，所述第一机柜(20)和第二机柜(21)在所述多级压缩机单元(1)的头侧处彼此相邻定位。

13.根据权利要求1至4中任一项所述的多级压缩机单元，其特征在于，所述第一马达(8)和第二马达(13)中的至少一个是液体冷却的。

14.根据权利要求1至4中的任一项所述的多级压缩机单元，其特征在于，所述第一马达(8)和第二马达(13)中的至少一个马达用与由所述第一马达(8)驱动的所述第一压缩机元件(5)或由所述第二马达(13)驱动的所述第二压缩机元件(10)相同的液体冷却。

15.根据权利要求14所述的多级压缩机单元，其特征在于，用相同的液体冷却的所述至少一个马达和压缩机元件包括包含所述液体的冷却回路，所述冷却回路构造成使得所述至少一个马达和相关的压缩机元件串联冷却。

16.根据权利要求1至4中的任一项所述的多级压缩机单元，其特征在于，所述第一压缩机元件(5)和所述第二压缩机元件(10)中的至少一个压缩机元件的压缩气体出口连接到冷却单元(15)并位于所述冷却单元(15)的顶部。

17.根据权利要求16所述的多级压缩机单元，其特征在于，所述第一压缩机元件(5)和所述第二压缩机元件(10)中的所述至少一个压缩机元件与所述冷却单元(15)之间的连接通过连接部件(28)实现，所述连接部件(28)构造成支撑该第一压缩机元件(5)或第二压缩机元件(10)。

18.根据权利要求17所述的多级压缩机单元，其特征在于，驱动所述第一压缩机元件(5)的所述第一马达(8)与所述第一压缩机元件(5)一起定位在所述冷却单元(15)的顶部上，和/或驱动所述第二压缩机元件(10)的所述第二马达(13)和所述第二压缩机元件(10)一起定位在第二冷却单元(22)的顶部上。

19.根据权利要求18所述的多级压缩机单元，其特征在于，所述第一压缩机元件(5)和第二压缩机元件(10)中的所述至少一个压缩机元件借助于第二连接部件连接到相应的第一马达(8)或第二马达(13)，所述第二连接部件构造成支撑该第一压缩机元件(5)或第二压缩机元件(10)。

20.根据权利要求15所述的多级压缩机单元，其特征在于，与所述第一压缩机元件(5)和第二压缩机元件(10)中的至少一个压缩机元件串联冷却的所述第一马达(8)和第二马达(13)中的至少一个马达的冷却出口连接到冷却单元的冷却入口。

21.根据权利要求15所述的多级压缩机单元，其特征在于，与所述第一压缩机元件(5)和第二压缩机元件(10)中的至少一个压缩机元件串联冷却的所述第一马达(8)和第二马达(13)中的至少一个马达的冷却入口连接到冷却单元的冷却出口。

22.根据权利要求1至4中的任一项所述的多级压缩机单元，其特征在于，所述多级压缩机单元(1)是无油螺杆压缩机单元。

23.一种多级压缩机单元，所述多级压缩机单元包括至少第一压缩机元件(5)和第二压缩机元件(10)以及至少第一马达(8)和第二马达(13)，所述第一马达用于通过单独的第一齿轮传动装置(9)驱动所述第一压缩机元件(5)、并且所述第二马达用于通过单独的第二齿轮传动装置(14)驱动所述第二压缩机元件(10)，所述第一齿轮传动装置(9)和第二齿轮传动装置(14)中的每一个均包括：连接到所述第一马达(8)和第二马达(13)中的相应马达的驱动齿轮；以及连接到所述第一压缩机元件(5)和第二压缩机元件(10)中的相应压缩机元件的转子的轴的从动齿轮，其中，所述第一齿轮传动装置(9)和第二齿轮传动装置(14)中的每一个的从动齿轮构造为倍增器，

其特征在于，所述第一齿轮传动装置(9)和所述第二齿轮传动装置(14)中的每一个的驱动齿轮的齿数与从动齿轮的齿数之间的比介于2和6之间。

24.一种用于调节多级压缩机单元(1)的马达的转速的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

﹣提供包括第一压缩机元件(5)的第一压缩机级(2)，并且借助于第一马达(8)通过第一齿轮传动装置(9)驱动所述第一压缩机元件(5)；

﹣提供包括第二压缩机元件(10)的第二压缩机级(3)，并借助于第二马达(13)通过单独的第二齿轮传动装置(14)与所述第一压缩机元件(5)分开地驱动所述第二压缩机元件(10)；

﹣将所述第一齿轮传动装置(9)和所述第二齿轮传动装置(14)中的每一个的驱动齿轮相应地连接到所述第一马达(8)或所述第二马达(13)；

﹣将所述第一齿轮传动装置(9)和所述第二齿轮传动装置(14)中的每一个的从动齿轮相应地连接到所述第一压缩机元件(5)或第二压缩机元件(10)的转子的轴上，并且将所述第一齿轮传动装置(9)和所述第二齿轮传动装置(14)中的每一个的从动齿轮构造为倍增器；

其特征在于，所述方法还包括将所述第一齿轮传动装置(9)和所述第二齿轮传动装置(14)中的每一个的从动齿轮和驱动齿轮之间的齿轮比设定为介于2和6之间的步骤。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：将所述第一压缩机级(2)的压缩气体出口(7)连接到冷却单元(15)的入口并且将所述冷却单元(15)的气体出口连接到所述第二压缩机级(3)的入口(11)，以及测量所述第一压缩机级(2)的压缩气体出口(7)和第二压缩机级(3)的压缩气体出口(12)处的压力。

26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：基于在所述第二压缩机级(3)的所述压缩气体出口(12)处测量的压力调节所述第一马达(8)的转速，并且基于在所述第一压缩机级(2)的所述压缩气体出口(7)处测量的压力调节所述第二马达(13)的转速。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

﹣将所述第二压缩机级(3)的所述压缩气体出口(12)处的测量压力值与对应于所述多级压缩机单元(1)的压缩气体出口处的所需压力的第一压力基准值相比较，并且如果比较结果表明第二压缩机级的压缩气体出口处的测量压力值与第一压力基准值这两个值不同，则调节所述第一马达(8)的转速；和/或

﹣将所述第一压缩机级(2)的所述压缩气体出口(7)处的测量压力值与对应于所述冷却单元(15)的位置处的期望压力值的第二压力基准值进行比较，并且如果比较结果显示第一压缩机级的压缩气体出口处的测量压力值与第二压力基准值这两个值不同，则调节所述第二马达(13)的转速。

28.根据权利要求25至27中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：通过将所述第一马达(8)的转速乘以预定增益来调节所述第二马达(13)的转速。

29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过将所述第一马达(8)的转速与一计算增益相乘来调节所述第二马达(13)的转速，通过将对应于理想情况的所述预定增益与由PI控制器考虑所述多级压缩机单元(1)的测量值计算的确定增益相加来计算所述计算增益。

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