CN111771058B - 气体压缩机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，提供能够在压缩机主体的台数控制中降低排出压力的变动的气体压缩机及其控制方法。为了达成上述课题，提供一种气体压缩机，其具有多个由压缩机主体、驱动该压缩机主体的电动机和对该电动机进行转速控制的逆变器构成的压缩机单元，并具有控制各逆变器的控制装置，各压缩机主体的排出配管汇合到一个主排出配管，通过利用各逆变器控制各个压缩机主体的驱动频率，来控制排出配管的压力且控制主排出配管的排出压力，所述气体压缩机中，控制装置在降低压缩机主体的电动机的驱动频率到达下限频率之前的驱动频率的期间，主排出配管的排出压力上升的情况下，计算到达停止压力的预测时间，在该预测时间比阈值小的情况下，使压缩机主体的一台停止。

Description

气体压缩机及其控制方法

技术领域

本发明涉及气体压缩机，特别是涉及具有多台压缩机主体的气体压缩机的控制方法。

背景技术

作为具有多台压缩机主体的压缩机的控制方法的背景技术，具有专利文献1。专利文献1中记载有如下点，一种压缩机的运转方法，该压缩机具有由逆变器进行转速控制的并联配置的多台压缩机主体、使这些压缩机主体的各排出流路汇合的一条主排出流路，进行控制以将该主排出流路中的排出压力保持成一定，其中，为了调整排出压力，在相对于压缩机主体内的处于运转状态的压缩机主体全部总是平等地进行转速控制，并且向主排出流路的压缩气体供给过量，且即使使运转中的压缩机主体的台数减少一台也足够的情况下，减少该台数，另一方面，在即使使运转中的压缩机主体满负荷运转，上述压缩气体供给也不足的情况下，使台数增大一台。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-122078号公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1中，通过利用逆变器的转速控制来控制压缩机的排出压力，在运转中的压缩机主体的台数为N的情况下，随着使用空气量的减少，对于逆变器的指令转速SO逐渐下降，当SO成为电动机的额定转速SR乘以(N-1)/N的值时，以台数N减少成台数(N-1)的方式进行台数控制。但是，对如下课题未进行考虑，在使用空气量急剧的减少的情况下，逆变器的转速控制不及时，压缩机的排出压力会上升至必要以上而超过上限压。

鉴于这些课题，本发明的目的在于，提供能够在压缩机主体的台数控制中降低排出压力的变动的气体压缩机及其控制方法。

用于解决课题的方法

本发明鉴于上述背景技术及课题，举出其一例，提供一种气体压缩机，其具有多个由压缩机主体、驱动该压缩机主体的电动机和对该电动机进行转速控制的逆变器构成的压缩机单元，并具有控制各逆变器的控制装置，各压缩机主体的排出配管汇合到一个主排出配管，通过利用各逆变器控制各个压缩机主体的驱动频率，来控制排出配管的压力且控制主排出配管的排出压力，所述气体压缩机中，控制装置在降低压缩机主体的电动机的驱动频率到达下限频率之前的驱动频率的期间，主排出配管的排出压力上升的情况下，计算到达停止压力的预测时间，在该预测时间比阈值小的情况下，使压缩机主体的一台停止。

发明的效果

根据本发明，能够提供能够在压缩机主体的台数控制中降低排出压力的变动的气体压缩机及其控制方法。

附图说明

图1是实施例1的气体压缩机的背面立体图。

图2是说明成为实施例1的前提的台数减少控制的图。

图3是说明成为实施例1的前提的压力预测控制进行的压缩机主体停止的原理的图。

图4是说明实施例1的台数减少控制的图。

图5是说明实施例2的台数减少控制的图。

图6是说明实施例3的台数减少控制的图。

图7是说明实施例4的压缩机的旋转频率和压缩空气的使用量的关系的图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施例进行说明。

(实施例1)

本实施例的气体压缩机将装载多台压缩机主体的气体压缩机设为前提。另外，本实施例中，以压缩空气的气体压缩机为例进行说明。

图1是本实施例的气体压缩机的背面立体图。图1中表示将背面板30、侧面板31、上面板32卸下的状态，本实施例中，如图1所示，由3级压缩机单元构成，各个压缩机单元分别利用压缩机主体10、11、12和逆变器20、21、22构成。另外，各个压缩机主体10、11、12利用各个逆变器20、21、22，控制驱动压缩机主体的各个电动机(图中隐藏而看不到)的驱动频率。另外，具有控制各逆变器的控制装置(图中隐藏而看不到)。另外，各个压缩机主体的排出配管汇合成一个主排出配管，通过利用各逆变器控制各个压缩机主体的电动机的驱动频率并进行电动机的转速控制，来控制排出配管的压力并控制主排出配管的排出压力。即，控制装置通过利用逆变器对各个压缩机主体的排出压力进行转速控制，来控制气体压缩机整体的排出压力。例如，相对于气体压缩机的输出22KW，能够利用3台7.5KW的压缩机主体进行应对。

图2是说明成为本实施例的前提的台数减少控制的图。图2是在使用空气量减少，且即使减少运转频率，空气量也剩余的情况下，减少压缩机主体的运转台数的处理。图2中，(a)表示气体压缩机的排出压力(以后，只要没有特别说明，将气体压缩机的排出压力即主排出配管中的排出压力简称为排出压力)的时间经过，(b)、(c)表示压缩机主体1、2的电动机的驱动频率(以后，称为压缩机主体的驱动频率)的时间经过。图2中，在将压缩机主体1设为主机，且将压缩机主体2设为从动机的情况下，在期间TP1，假定设定主机和从动机的计两台，在逆变器的转速控制下以气体压缩机的排出压力通过PID控制成为一定压力的方式进行控制的情况。在此，在使用空气量在时刻T1减少的情况下，以通过逆变器的转速控制降低压缩机主体的驱动频率的方式控制。而且，当在时刻T2达到下限频率时，不会进一步降低频率，所以排出压力上升。因此，进行减少压缩机主体的动作台数的判定。

图3是说明成为本实施例的前提的压力预测控制进行的压缩机主体停止的原理的图。图3中，(a)表示气体压缩机的排出压力的时间经过，(b)表示压缩机主体的工作/停止。(a)中，压力上升时，通过下述式(1)计算到达停止压力(上限压力)的预测时间Tu。即，使用排出压力的增加直线的倾斜(斜率)信息进行计算。

Tu＝(P_moff-P(k))/(P(k)-P(k-1))×1秒…(1)

在此，P(k)：测定压力，P(k-1)：1秒前的测定压力，P_moff：停止压力

而且，在Tu＜Tu阈值的情况下，判断为使用空气量的减少的比例较大，将压缩机主体一台停止。

图2中，在时刻T3，通过上述Tu判定即压力预测控制停止作为从动机的压缩机主体2，仅通过主机开始进行一定压力控制。

在此，在使用空气量的急剧的减少的情况下，假定逆变器的转速控制不及时，压缩机的排出压力上升至必要以上而超过上限压的情况。

于是，本实施例中，在降低压缩机主体的驱动频率到达下限频率之前的驱动频率的中间，排出压力上升的情况下，进行上述Tu预测判定。

图4是说明本实施例的台数减少控制的图。图4中，条件与图2相同，与图2不同的点在于，在(b)、(c)中，在降低压缩机主体1、2的驱动频率到达下限频率之前的驱动频率的中间排出压力上升的情况下，在时刻T4，进行上述Tu判定，在Tu＜Tu阈值的情况下，停止压缩机主体2。由此，能够提前抑制压力上升，能够防止使用空气量的急剧的减少引起的排出压力的上升。

(实施例2)

本实施例对在使从动机停止之前进行提高压力的运转，来降低排出压力的变动的点进行说明。

图5是说明本实施例的台数减少控制的图。图5中，条件与图2相同，与图2不同的点如下，在以下限频率运转的状态下排出压力上升的情况下，进行Tu判定，在Tu＜Tu阈值的情况下，使频率上升至将压缩机主体1、2停止一台后的运转开始时频率fns之后，在时刻T5停止从动机的压缩机主体2，仅通过主机开始进行一定压力控制。

即，当停止从动机时，动作台数成为一半，所以压力在直到提高主机的转速的期间降低。因此，所以在从动机的停止前使主机-从动机加速压力由于从动机的停止而降低的量，稍微提高压力。由此，能够降低台数减少控制引起的排出压力的变动。

此外，本实施例中，将到达下限频率的时刻T2和进行Tu判定的时刻T3设为相同进行了说明，但也可以与图2同样，在时刻T2以后的时刻T3进行Tu判定。

(实施例3)

本实施例对运转3台以上时、压力上升急剧时可使多台停止的例子进行说明。

图6是说明本实施例的台数减少控制的图。图6中，作为例子，表示以3台压缩机主体进行运转的情况。排出压力上升时，如图3中说明那样，通过上述的式(1)计算到达停止压力(上限压力)的预测时间Tu，在Tu比规定阈值小的情况下，判断为使用空气量的减少的比例较大且判断为停止压缩机主体，但本实施例中，将Tu阈值设为两个，计Tu阈值Tu1、Tu2，其中，设为Tu1＜Tu2，并以如下方式控制，在Tu1≤Tu＜Tu2的情况下，将压缩机主体3的一台停止，在Tu＜Tu1的情况下，将压缩机主体2、3的两台进行停止。由此，即使在急剧的压力上升时，也能够迅速地降低压力变动。

此外，本实施例不限定于3台，也可以在3台以上的情况下，将Tu阈值设置多个，并使多台同时停止。

(实施例4)

本实施例对与压缩机主体的下限频率对应的控制的例子进行说明。本实施例中，将压缩机主体的上限频率设为100％，将旋转频率以百分比表示，将以上限频率进行动作的一台压缩机主体排出的压缩空气量设为100％，并将压缩空气的使用量以百分比表示进行说明。

本实施例的压缩机主体的电动机的下限频率例如为60％。这是因为，压缩机的冷却风扇设置于电动机，所以当旋转频率较低时，冷却风扇的转速也降低，不能充分冷却压缩机，以及在旋转频率较低的区域中，由于来自压缩室的空气泄漏和再压缩，压缩效率降低。

图7中表示压缩空气的使用量和压缩机主体的起动台数和旋转频率的关系的一例。图7(a)是表示压缩机的下限频率为60％的情况的动作的曲线图，图7(b)和图7(c)是表示能够将下限频率分别以50％及40％进行动作的情况的动作的曲线图。此外，图7(b)和图7(c)中，在50％～60％、40％～60％的区域中均能够以比60％低的下限频率动作，但该区域中，也可以与图7(a)同样，将下限频率设为60％。

图7中，74是表示所有压缩机主体的旋转频率和与其对应的压缩空气的生成量(＝顾客进行的压缩空气的使用量)的关系的曲线图。另外，73是表示第2台压缩机主体的旋转频率和与其对应的压缩空气的生成量(＝顾客进行的压缩空气的使用量)的关系的曲线图。

即，图7(a)中，使用量从0％到100％的曲线图74中，仅第1台压缩机主体工作，所以该区域的曲线图74与表示第1台压缩机主体的旋转频率和与其对应的压缩空气的生成量(＝顾客进行的压缩空气的使用量)的关系的曲线图等价，从使用量为100％以后的曲线图74减去曲线图73的部分表示第1台压缩机主体的旋转频率和与其对应的压缩空气的生成量的关系。

在下限频率设定成60％的情况下，压缩空气的使用量比100％多且低于120％的区域71中，通过交替进行一台压缩机主体以100％的输出进行动作的第1状态和两台分别以60％的输出进行动作的第2状态，时间平均以比100％多且低于120％的输出进行动作。在该情况下，特别是第2台压缩机主体由于反复进行ON/OFF，部件寿命可能缩短。另外，压缩机主体的起动和设为目标的压缩空气的排出存在时间差，所以排出空气量相对于压缩空气的使用量的随动性可能降低。为了防止一台压缩机主体的部件寿命极端地降低，优选在该情况下，每隔规定时间或每隔ON/OFF次数超过规定次数，切换第1台和第2台压缩机。

ON/OFF次数增加的问题可通过如下改善，装载仅在使用空气量为100％～120％的情况下，能够以使压缩机主体的下限频率比60％低的频率进行动作的低转速模式。即，如由图7(b)所示，在使用空气量比100％多且低于120％的情况下，至少能够使压缩机主体的下限频率以50％进行动作，由此，在使用空气量成为100％之前一台进行动作，在比100％多且低于120％的情况下，两台压缩机主体以50％～60％的频率进行动作，由此，能够降低第2台压缩机主体的ON/OFF次数。但是，在将下限频率设为50％的情况下，在顾客的空气使用量在100％附近左右的情况下，存在一台以100％的频率进行动作的状态和两台以50％的频率进行动作的状态频繁地转变的挠振(hunting)的可能性。由此，存在第2台压缩机主体的ON/OFF次数增大的可能性，所以期望可设定比50％进一步低的频率。

例如，如图7(c)，通过可将下限频率设定成40％，无论是一台还是两台均能够覆盖使用量为80％～100％的区域72。通过这样设定，即使在使用量在100％附近左右的情况下，也能够通过台数增加和减少保持滞后，能够不引起挠振地使压缩机主体进行动作。即，在使用量在100％附近变化的情况下，压缩机两台以约50％的频率进行动作。而且，在使用量降低至80％的情况下，从两台压缩机主体以40％动作的状态向一台以80％动作的状态转变，然后，一台压缩机主体供给压缩空气，直到使用量成为100％。此外，如上所述，从压缩机主体起动到排出压缩空气为止存在时间差，所以例如也可以在使用量成为95％的时刻起动第2台压缩机主体，且两台压缩机主体以约50％的频率进行动作。通过这样设定，对于使用量的增加的随动性提高。

此外，将下限频率为60％的压缩机主体以频率40％进行动作的状况下，存在压缩效率的降低和压缩机主体过热的可能性，所以降低下限频率的控制需要限定在容易引起上述的挠振的情况下。容易引起挠振的状况是指顾客的空气使用量持续且在100％附近变化的状况，即顾客的空气使用量的变化率较少的状况。因此，对成为顾客的空气使用量的变化率的目标的Tu设置阈值，在Tu未超过阈值的情况下，能够以使下限频率比60％低的频率进行动作。在第2台压缩机主体的停止前需要进行该判定，所以该阈值是比实施例1中说明的Tu阈值大的值。

另外，低转速模式的期间，也可以设置每一定时间提高转速的时间，并进行增加风扇转速而强制性地冷却的控制。另外，在主体温度成为规定以上的情况下，也可以以解除低转速模式的方式控制。通过这样对低转速模式设置限制，能够防止压缩机主体的加热。

此外，低转速模式适用于切换一台和两台动作的压缩机主体的使用量100％左右的情况。在切换两台和3台的使用量200％左右的情况下，已经成为60％×3台(180％)＜100％×两台(200％)，两台的动作范围和3台的动作范围重复，所以不需要低转速模式。即是因为，如图7(a)所示，不存在与不能追随压缩空气的使用量的区域71相当的区域。但是，如上所述，通过台数增加和减少来保持滞后，由此能够应用防止挠振的控制，在压缩机主体的部件寿命的提高上是有效的。

此外，本实施例中，对利用下限频率设定为60％的压缩机主体的情况的控制进行了说明，但本控制如果是下限频率为50％以上的压缩机主体，则能够同样地实施。另外，如果将上述的、低转速模式下的下限频率设定为40％或在一台动作时使用量成为95％的时刻起动第2台等的数值不是严格上除非为该值否则发挥不了效果的值，而是通过通常在该数值附近进行控制，能够强有力地发挥本实施例的各构成的效果的值。

以上对实施例进行了说明，但本发明不限定于上述的实施例，包含各种变形例。例如，上述实施例是为了容易理解本发明而进行详细地说明的内容，未必限定于具有说明的全部的结构的内容。另外，能够将某实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，另外，也能够在某实施例的结构中加入其他实施例的结构。另外，能够对各实施例的结构的一部分进行其他结构的追加、删除、替换。

附图标记说明

10、11、12：压缩机主体

20、21、22：逆变器

30：背面板

31：侧面板

32：上面板。

Claims (16)

1.一种气体压缩机，其具有：由压缩机主体、驱动所述压缩机主体的电动机和控制所述电动机的逆变器构成的压缩机单元；控制多个所述逆变器的控制装置；和从多个所述压缩机主体出来的排出配管汇合而成的一个主排出配管，通过各个逆变器控制各个电动机，来控制各个压缩机主体排出的气体的压力且控制所述主排出配管的排出压力，所述气体压缩机的特征在于：

在伴随使用量增加的压缩机单元的运行台数增加时与伴随使用量降低的压缩机单元的运行台数减少时，所述电动机的下限频率不同，

所述下限频率是伴随使用量降低的压缩机单元的运行台数减少时较低。

2.如权利要求1所述的气体压缩机，其特征在于：

所述控制装置，在降低所述压缩机主体的电动机的驱动频率到达下限频率之前的驱动频率的期间，所述主排出配管的排出压力上升的情况下，计算到达停止压力的预测时间，在该预测时间比阈值小的情况下，使所述压缩机主体的一台停止。

3.如权利要求2所述的气体压缩机，其特征在于：

所述到达停止压力的预测时间的计算，使用所述主排出配管的排出压力的增加直线的倾斜信息进行预测。

4.如权利要求1所述的气体压缩机，其特征在于：

所述控制装置，在以所述压缩机主体的电动机的驱动频率为下限频率运转的状态下所述主排出配管的排出压力上升的情况下，计算到达停止压力的预测时间，在该预测时间比阈值小的情况下，使所述压缩机主体的电动机的驱动频率上升后，将所述压缩机主体的一台停止。

5.如权利要求4所述的气体压缩机，其特征在于：

所述压缩机主体的电动机的驱动频率的上升，上升至压缩机主体的一台停止后的运转开始时频率。

6.如权利要求2所述的气体压缩机，其特征在于：

所述压缩机单元为3台以上，

所述阈值具有第1阈值和比该第1阈值大的第2阈值，

在所述预测时间比所述第1阈值大且比所述第2阈值小的情况下，使所述压缩机主体的一台停止，

在所述预测时间比所述第1阈值小的情况下，使所述压缩机主体的两台停止。

7.如权利要求2所述的气体压缩机，其特征在于：

使所述压缩机主体的一台停止，而使工作压缩机主体从两台减少成一台时，降低所述压缩机主体的下限频率。

8.如权利要求7所述的气体压缩机，其特征在于：

在对所述压缩机主体的工作压缩机主体进行台数增加的情况和进行台数减少的情况下，一台压缩机主体所提供的压缩气体量存在差。

9.一种气体压缩机的控制方法，该气体压缩机具有：由压缩机主体、驱动所述压缩机主体的电动机和控制所述电动机的逆变器构成的压缩机单元；控制多个所述逆变器的控制装置；和从多个所述压缩机主体出来的排出配管汇合而成的一个主排出配管，通过各个逆变器控制各个电动机，来控制各个压缩机主体排出的气体的压力且控制所述主排出配管的排出压力，所述气体压缩机的控制方法的特征在于：

在伴随使用量增加的压缩机单元的运行台数增加时与伴随使用量降低的压缩机单元的运行台数减少时，所述电动机的下限频率不同，

所述下限频率是伴随使用量降低的压缩机单元的运行台数减少时较低。

10.如权利要求9所述的气体压缩机的控制方法，其特征在于：

在降低所述压缩机主体的电动机的驱动频率到达下限频率之前的驱动频率的期间，所述主排出配管的排出压力上升的情况下，计算到达停止压力的预测时间，在该预测时间比阈值小的情况下，使所述压缩机主体的一台停止。

11.如权利要求10所述的气体压缩机的控制方法，其特征在于：

所述到达停止压力的预测时间的计算，使用所述主排出配管的排出压力的增加直线的倾斜信息进行预测。

12.如权利要求9所述的气体压缩机的控制方法，其特征在于：

在以所述压缩机主体的电动机的驱动频率为下限频率进行运转的状态下所述主排出配管的排出压力上升的情况下，计算到达停止压力的预测时间，在该预测时间比阈值小的情况下，使所述压缩机主体的电动机的驱动频率上升后，使所述压缩机主体的一台停止。

13.如权利要求12所述的气体压缩机的控制方法，其特征在于：

所述压缩机主体的电动机的驱动频率的上升，上升至压缩机主体的一台停止后的运转开始时频率。

14.如权利要求10所述的气体压缩机的控制方法，其特征在于：

所述压缩机单元为3台以上，

所述阈值具有第1阈值和比该第1阈值大的第2阈值，

在所述预测时间比所述第1阈值大且比所述第2阈值小的情况下，使所述压缩机主体的一台停止，

在所述预测时间比所述第1阈值小的情况下，使所述压缩机主体的两台停止。

15.如权利要求10所述的气体压缩机的控制方法，其特征在于：

使所述压缩机主体的一台停止，而使工作压缩机主体从两台减少成一台时，降低所述压缩机主体的下限频率。

16.如权利要求15所述的气体压缩机的控制方法，其特征在于：

在对所述压缩机主体的工作压缩机主体进行台数增加的情况和进行台数减少的情况下，一台压缩机主体所提供的压缩气体量存在差。

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