CN116209829A - 气体压缩机 - Google Patents

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森田谦次
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Abstract

本发明提供一种抑制从无负载运转恢复为负载运转时的压缩气体的供给延迟并且减少消耗动力的气体压缩机。空气压缩机1包括电动机2、被电动机2驱动来压缩空气的压缩机主体3、配置在压缩机主体3的排出侧的压力传感器17、能够使压缩机主体3的吸入侧关闭的吸入节流阀5、以及与用压力传感器17检测出的排出侧压力相应地控制吸入节流阀5来切换负载运转与无负载运转并控制电动机2的转速的控制装置10。控制装置10基于负载运转的持续时间t1和无负载运转的持续时间t2，运算将用空气压缩机1生成的压缩空气供给至其使用方的供气系统18的容量C，基于供气系统18的容量C来设定无负载运转时的电动机2的目标转速。

Description

气体压缩机
技术领域
本发明涉及与压缩机主体的排出侧压力相应地切换负载运转与无负载运转的气体压缩机。
背景技术
专利文献1公开了作为一种气体压缩机的空气压缩机。该空气压缩机包括电动机、被电动机驱动来压缩空气的压缩机主体、配置在压缩机主体的排出侧的压力传感器、能够对压缩机主体的排出侧进行放气的放气阀、以及与用压力传感器检测出的排出侧压力相应地控制放气阀而切换负载运转与无负载运转并控制电动机的转速的控制装置。由空气压缩机生成的压缩空气被经由供气系统供给至其使用方。
控制装置在用压力传感器检测出的排出侧压力上升到了预先设定的上限值的情况下，使放气阀从闭状态切换为开状态而对压缩机主体的排出侧进行放气，从负载运转切换为无负载运转。由此，减少消耗动力。之后，在用压力传感器检测出的排出侧压力下降到了预先设定的下限值的情况下，使放气阀从开状态切换为闭状态，从无负载运转恢复为负载运转。
控制装置使无负载运转时的电动机的转速与负载运转时的电动机的转速相比降低。由此，进一步减少消耗动力。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-342982号公报
发明内容
发明要解决的课题
上述现有技术中，无论供气系统的容量如何，无负载运转时的电动机的目标转速都是固定的。因此，例如，如果供气系统的容量较小但无负载运转时的电动机的目标转速较低，则从无负载运转恢复为负载运转时会发生压缩空气(压缩气体)的供给延迟。或者，例如，如果供气系统的容量较大但无负载运转时的电动机的目标转速较高，则会产生降低无负载运转时的电动机的目标转速的余地、即减少消耗动力的余地。
本发明是鉴于上述情况得出的，课题之一在于抑制从无负载运转恢复为负载运转时的压缩气体的供给延迟，减少消耗动力。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，应用要求的权利范围中记载的结构。本发明包括用于解决上述课题的多种技术方案，举其一例，是一种气体压缩机，其包括：电动机；被所述电动机驱动来压缩气体的压缩机主体；配置在所述压缩机主体的排出侧的压力传感器；能够使所述压缩机主体的吸入侧关闭的吸入节流阀和能够对所述压缩机主体的排出侧进行放气的放气阀中的至少一者；和控制装置，其与用所述压力传感器检测出的排出侧压力相应地控制所述吸入节流阀和所述放气阀中的至少一者来切换负载运转与无负载运转，并且控制所述电动机的转速，在该气体压缩机中，所述控制装置，基于负载运转的持续时间和无负载运转的持续时间，运算将用所述气体压缩机生成的压缩气体供给至其使用方的供气系统的容量，基于所述供气系统的容量来设定无负载运转时的所述电动机的目标转速。
发明效果
根据本发明，能够抑制从无负载运转恢复为负载运转时的压缩气体的供给延迟，减少消耗动力。
另外，上述以外的课题、结构和效果，将通过以下说明而说明。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的空气压缩机的结构的概略图。
图2是表示本发明的第一实施方式的压缩机主体的排出侧压力的经时变化的具体例的图。
图3是表示本发明的第一实施方式的控制装置的处理内容的流程图。
图4是表示本发明的第一变形例的控制装置的处理内容的流程图。
图5是表示本发明的第二实施方式的控制装置的处理内容的流程图。
图6是表示本发明的第二变形例的控制装置的处理内容的流程图。
具体实施方式
对于本发明的第一实施方式参考附图进行说明。
图1是表示本实施方式的空气压缩机的结构的概略图。图2是表示本实施方式的压缩机主体的排出侧压力的经时变化的具体例的图。
本实施方式的空气压缩机1包括电动机2、被电动机2驱动来压缩空气(气体)的压缩机主体3、设置在压缩机主体3的吸入侧的吸入过滤器4、能够使压缩机主体3的吸入侧关闭的吸入节流阀5、设置在压缩机主体3的排出侧的分离器6、在分离器6的下部与压缩机主体3之间连接的供油系统7、与分离器6的上部连接的压缩空气配管8、控制吸入节流阀5并经由逆变器9控制电动机2的转速的控制装置10、以及与控制装置10连接的用户接口11。另外，空气压缩机1构成为将上述机器收纳在壳体内的压缩机单元。
压缩机主体3具有未图示的相互咬合的阴阳一对螺杆转子、以及收纳螺杆转子的箱体，在螺杆转子的齿槽中形成了多个压缩室。各压缩室随着转子的旋转而在转子的轴向上移动，同时顺次进行吸入空气的吸入行程、对空气进行压缩的压缩行程、以及排出压缩空气(压缩气体)的排出行程。压缩机主体3为了压缩室的密封、压缩热的冷却和转子的润滑等目的，而对压缩室注入油(液体)。
分离器6从由压缩机主体3排出的压缩空气中分离出油并贮存。供油系统7将用分离器6贮存的油供给至压缩机主体3的压缩室等。供油系统7包括对油进行冷却的空冷式或水冷式的油冷却器12、对油冷却器12进行旁通的旁通配管13、与油的温度相应地调节油冷却器12的分流比和旁通配管13的分流比的温度调节阀14、以及配置在来自油冷却器12的油和来自旁通配管13的油汇流的汇流部的下游侧的油过滤器(未图示)。
压缩空气配管8具有调压止回阀15、配置在调压止回阀15的下游侧的对压缩空气进行冷却的空冷式或水冷式的后冷却器16、配置在后冷却器16的下游侧的对压缩空气进行除湿的干燥器(未图示)、以及配置在干燥器的下游侧(换言之是压缩空气配管8的出口附近)的压力传感器17。压力传感器17检测排出侧压力并输出至控制装置10。
用户接口11例如由多个操作开关和监视器构成，具有选择节能模式的ON/OFF(生效/失效)的功能。控制装置10具有未图示的基于程序执行运算处理和控制处理的运算控制部(例如CPU)、以及存储程序和运算处理的结果的存储部(例如ROM、RAM)等。控制装置10与用户接口11的操作相应地控制电动机2的驱动。
控制装置10在用压力传感器17检测出的排出侧压力上升到了预先设定的上限值Pu的情况下(参考图2)，使吸入节流阀5从开状态切换为闭状态而使压缩机主体3的吸入侧关闭，从负载运转切换为无负载运转。之后，在用压力传感器17检测出的排出侧压力下降到了预先设定的下限值Pd的情况下(参考图2)，使吸入节流阀5从闭状态切换为开状态，从无负载运转切换为负载运转。
控制装置10在负载运转时，以使电动机2的转速成为预先设定的目标转速的方式进行控制。另外，在无负载运转时，以使电动机2的转速成为如后所述地设定的目标转速的方式进行控制。
在压缩空气配管8的出口侧(换言之，是空气压缩机1的外侧)连接了供气系统18。供气系统18例如由供气配管19A、19B和空气槽20构成，将由空气压缩机1生成的压缩空气供给至其使用方。
此处，作为本实施方式的最大特征，控制装置10基于负载运转的持续时间t1(详细而言，如图2所示，用压力传感器17检测出的排出侧压力从下限值Pd上升至上限值Pu的时间)和无负载运转的持续时间t2(详细而言，是用压力传感器17检测出的排出侧压力从上限值Pu下降至下限值Pd的时间)运算供气系统18的容量C，基于供气系统18的容量C设定无负载运转时的电动机2的目标转速。使用图3说明其详情。
图3是表示本实施方式中的控制装置的处理内容的流程图。
在步骤S1中，控制装置10判断是否已用用户接口11选择了节能模式ON(生效)。选择了节能模式OFF(失效)的情况下，转移至步骤S2。在步骤S2中，控制装置10将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为第一值(Na)。在此以后，控制装置10在无负载运转时，以使电动机2的转速成为目标转速Na的方式进行控制。另外，第一值(Na)可以与负载运转时的电动机2的目标转速相同，也可以与其相比更低。
在步骤S1中选择了节能模式ON的情况下，转移至步骤S3。在步骤S3中，控制装置10例如使用下式(1)运算供气系统18的容量C。式中的Q是空气压缩机1的额定供气流量，A是系数，(t1/(t1+t2))相当于负载率。另外，负载运转的持续时间t1或无负载运转的持续时间t2可以是1个循环时使用计时器计测的值，也可以是根据多个循环时使用计时器计测的多个值运算得到的平均值。
[数学式1]
Figure BDA0004128683910000051
之后，前进至步骤S4，控制装置10判断步骤S3中运算得到的供气系统18的容量C是否在规定值以上。供气系统18的容量C不足规定值的情况下，转移至步骤S2。在步骤S2中，控制装置10将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为第一值(Na)。在此以后，控制装置10在无负载运转时，以使电动机2的转速成为目标转速Na的方式进行控制。
步骤S4中供气系统18的容量C在规定值以上的情况下，转移至步骤S5。在步骤S5中，控制装置10将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为比第一值(Na)更低的第二值(Nb)。在此以后，控制装置10在无负载运转时，以使电动机2的转速成为目标转速Nb的方式进行控制。
如以上所述，本实施方式中，在供气系统18的容量C不足规定值的情况下，将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为比第二值(Nb)更高的第一值(Na)。由此，能够抑制从无负载运转恢复为负载运转时的压缩空气的供给延迟。另一方面，在供气系统18的容量C在规定值以上的情况下，将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为比第一值(Na)更低的第二值(Nb)。由此，能够抑制从无负载运转恢复为负载运转时的压缩空气的供给延迟，同时减少消耗动力。
另外，第一实施方式中，以控制装置10具有运算供气系统18的容量C的功能的情况为例进行了说明，但也可以改为用户接口11具有输入供气系统18的容量C的功能。即，空气压缩机1可以具有输入供气系统18的容量C的输入装置。使用图4说明这样的第一变形例。图4是表示本变形例中的控制装置的处理内容的流程图。
在步骤S1中，控制装置10判断是否用用户接口11选择了节能模式ON。选择了节能模式OFF的情况下，转移至步骤S2。在步骤S2中，控制装置10将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为第一值(Na)。在此以后，控制装置10在无负载运转时，以使电动机2的转速成为目标转速Na的方式进行控制。
在步骤S1中选择了节能模式ON的情况下，转移至步骤S4。在步骤S4中，控制装置10判断用用户接口11输入的供气系统18的容量C是否在规定值以上。供气系统18的容量C不足规定值的情况下，转移至步骤S2。在步骤S2中，控制装置10将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为第一值(Na)。在此以后，控制装置10在无负载运转时，以使电动机2的转速成为目标转速Na的方式进行控制。
步骤S4中供气系统18的容量C在规定值以上的情况下，转移至步骤S5。在步骤S5中，控制装置10将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为比第一值(Na)更低的第二值(Nb)。在此以后，控制装置10在无负载运转时，以使电动机2的转速成为目标转速Nb的方式进行控制。
上述第一变形例中，也能够获得与第一实施方式同样的效果。
另外，第一实施方式等中，以控制装置10通过与1个规定值进行比较而两级地判断供气系统18的容量C、与此相应地将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为两级的情况为例进行了说明，但不限于此。控制装置10也可以通过与2个以上规定值进行比较而三级以上地判断供气系统18的容量C，与此相应地将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为三级以上。
对本发明的第二实施方式进行说明。其中，本实施方式中，对于与第一实施方式等同的部分附加相同的附图标记，适当省略说明。
本实施方式的控制装置10不仅与供气系统18的容量C相应地、也与无负载运转中每经过规定时间Δt时的排出侧压力的降低幅度ΔP(参考上述图2)相应地，设定无负载运转时的电动机2的目标转速。使用图5说明其详情。
图5是表示本实施方式中的控制装置的处理内容的流程图。
在步骤S1中，控制装置10判断是否用用户接口11选择了节能模式ON。选择了节能模式OFF的情况下，转移至步骤S2。在步骤S2中，控制装置10将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为第一值(Na)。在此以后，控制装置10在无负载运转时，以使电动机2的转速成为目标转速Na的方式进行控制。
在步骤S1中选择了节能模式ON的情况下，转移至步骤S3。在步骤S3中，控制装置10使用上述式(1)运算供气系统18的容量C。
之后，前进至步骤S4，控制装置10判断步骤S3中运算得到的供气系统18的容量C是否在规定值以上。供气系统18的容量C不足规定值的情况下，转移至步骤S2。在步骤S2中，控制装置10将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为第一值(Na)。在此以后，控制装置10在无负载运转时，以使电动机2的转速成为目标转速Na的方式进行控制。
步骤S4中供气系统18的容量C在规定值以上的情况下，转移至步骤S6。在步骤S6中，控制装置10在无负载运转中，每经过规定时间Δt时，判断排出侧压力的降低幅度ΔP是否不足阈值。排出侧压力的降低幅度ΔP在阈值以上的情况下，转移至步骤S2。在步骤S2中，控制装置10将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为第一值(Na)。然后，以使电动机2的转速成为目标转速Na的方式进行控制。
步骤S6中排出侧压力的降低幅度ΔP不足阈值的情况下，转移至步骤S5。在步骤S5中，控制装置10将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为比第一值(Na)更低的第二值(Nb)。然后，以使电动机2的转速成为目标转速Nb的方式进行控制。
如以上所述，本实施方式中，在供气系统18的容量C不足规定值的情况下，将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为比第二值(Nb)更高的第一值(Na)。另外，供气系统18的容量C在规定值以上的情况下，无负载运转中经过规定时间Δt后的排出侧压力的降低幅度ΔP在阈值以上时(换言之，压缩空气的使用量较多时)，将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为比第二值(Nb)更高的第一值(Na)。由此，能够抑制从无负载运转恢复为负载运转时的压缩空气的供给延迟。另一方面，供气系统18的容量C在规定值以上的情况下，无负载运转中经过规定时间Δt后的排出侧压力的降低幅度ΔP不足阈值时(换言之，压缩空气的使用量较少时)，将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为比第一值(Na)更低的第二值(Nb)。由此，能够抑制从无负载运转恢复为负载运转时的压缩空气的供给延迟，同时减少消耗动力。
另外，第二实施方式中，以控制装置10具有运算供气系统18的容量C的功能的情况为例进行了说明，但也可以改为用户接口11具有输入供气系统18的容量C的功能。空气压缩机1可以具备输入供气系统18的容量C的输入装置。使用图6说明这样的第二变形例。图6是表示本变形例中的控制装置的处理内容的流程图。
图6是表示本变形例中的控制装置的处理内容的流程图。
在步骤S1中，控制装置10判断是否用用户接口11选择了节能模式ON。选择了节能模式OFF的情况下，转移至步骤S2。在步骤S2中，控制装置10将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为第一值(Na)。在此以后，控制装置10在无负载运转时，以使电动机2的转速成为目标转速Na的方式进行控制。
在步骤S1中选择了节能模式ON的情况下，转移至步骤S4。在步骤S4中，控制装置10判断用用户接口11输入的供气系统18的容量C是否在规定值以上。供气系统18的容量C不足规定值的情况下，转移至步骤S2。在步骤S2中，控制装置10将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为第一值(Na)。在此以后，控制装置10在无负载运转时，以使电动机2的转速成为目标转速Na的方式进行控制。
步骤S4中供气系统18的容量C在规定值以上的情况下，转移至步骤S6。在步骤S6中，控制装置10在无负载运转中，每当经过规定时间Δt时，判断排出侧压力的降低幅度ΔP是否不足阈值。排出侧压力的降低幅度ΔP在阈值以上的情况下，转移至步骤S2。在步骤S2中，控制装置10将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为第一值(Na)。然后，以使电动机2的转速成为目标转速Na的方式进行控制。
步骤S6中排出侧压力的降低幅度ΔP不足阈值的情况下，转移至步骤S5。在步骤S5中，控制装置10将无负载运转时的电动机2的目标转速设定为比第一值(Na)更低的第二值(Nb)。然后，以使电动机2的转速成为目标转速Nb的方式进行控制。
上述第二变形例中，也能够获得与第二实施方式同样的效果。
另外，第一和第二实施方式等中，以用户接口11具有选择节能模式ON/OFF的功能的情况、即空气压缩机1具有选择节能模式ON/OFF的选择装置的情况为例进行了说明，但不限于此。用户接口11也可以不具有选择节能模式ON/OFF的功能，控制装置10可以不进行步骤S1(详细而言，判断是否选择了节能模式ON)。
另外，第一和第二实施方式等中，以空气压缩机1具有能够使压缩机主体3的吸入侧关闭的吸入节流阀5、控制装置10与用压力传感器17检测出的排出侧压力相应地控制吸入节流阀5而切换负载运转与无负载运转的情况为例进行了说明，但不限于此。也可以是空气压缩机1具有能够对压缩机主体3的排出侧进行放气的放气阀(未图示)代替吸入节流阀5，控制装置10与用压力传感器17检测出的排出侧压力相应地控制放气阀而切换负载运转与无负载运转。另外，也可以是空气压缩机1具有吸入节流阀5和放气阀，控制装置10与用压力传感器17检测出的排出侧压力相应地控制吸入节流阀5和放气阀切换负载运转与无负载运转。
另外，第一和第二实施方式等中，以空气压缩机1是供油式(详细而言，对压缩机主体3的压缩室注入油)、并且具有从由压缩机主体3中排出的压缩空气中分离出油的分离器6、以及将用分离器6分离出的油供给至压缩机主体3的压缩室等的供油系统7的情况为例进行了说明，但不限于此。也可以是空气压缩机例如是供水式(详细而言，对压缩机主体的压缩室注入水)，具有从由压缩机主体排出的压缩空气中分离出水的分离器将用分离器分离出的水供给至压缩机主体的压缩室等的供水系统。另外，空气压缩机也可以是例如非供液式(详细而言，不对压缩机主体的压缩室注入水或油等液体)，不具有分离器和供液系统。
另外，第一和第二实施方式等中，以空气压缩机1具有单级的压缩机主体3的情况为例进行了说明，但不限于此。空气压缩机也可以具有多级的压缩机主体。
另外，第一和第二实施方式中，以压缩机主体3是螺杆转子式、具有阴阳一对螺杆转子的情况为例进行了说明，但不限于此。压缩机主体例如也可以具有1个螺杆转子和多个闸转子。另外，压缩机主体也可以是螺杆式以外的其他容积型的(详细而言是齿式或往复式等)，也可以是涡轮型的。
另外，以上，作为本发明的应用对象以作为一种气体压缩机的空气压缩机为例进行了说明，但不限于此，也可以是其他气体压缩机。
附图标记说明
1…空气压缩机，2…电动机，3…压缩机主体、10…控制装置，11…用户接口，17…压力传感器，18…供气系统。

Claims (5)

1.一种气体压缩机，包括：
电动机；
被所述电动机驱动来压缩气体的压缩机主体；
配置在所述压缩机主体的排出侧的压力传感器；
能够使所述压缩机主体的吸入侧关闭的吸入节流阀和能够对所述压缩机主体的排出侧进行放气的放气阀中的至少一者；和
控制装置，其与用所述压力传感器检测出的排出侧压力相应地控制所述吸入节流阀和所述放气阀中的至少一者来切换负载运转与无负载运转，并且控制所述电动机的转速，
所述气体压缩机的特征在于：
所述控制装置，
基于负载运转的持续时间和无负载运转的持续时间，运算将用所述气体压缩机生成的压缩气体供给至其使用方的供气系统的容量，
基于所述供气系统的容量来设定无负载运转时的所述电动机的目标转速。
2.一种气体压缩机，包括：
电动机；
被所述电动机驱动来压缩气体的压缩机主体；
配置在所述压缩机主体的排出侧的压力传感器；
能够使所述压缩机主体的吸入侧关闭的吸入节流阀和能够对所述压缩机主体的排出侧进行放气的放气阀中的至少一者；和
控制装置，其与用所述压力传感器检测出的排出侧压力相应地控制所述吸入节流阀和所述放气阀中的至少一者而切换负载运转与无负载运转，并且控制所述电动机的转速，
所述气体压缩机的特征在于：
具有输入装置，其输入将由所述气体压缩机生成的压缩气体供给至其使用方的供气系统的容量，
所述控制装置基于所述供气系统的容量来设定无负载运转时的所述电动机的目标转速。
3.如权利要求1或2所述的气体压缩机，其特征在于：
所述控制装置，
在所述供气系统的容量不足规定值的情况下，将无负载运转时的所述电动机的目标转速设定为第一值，
在所述供气系统的容量在所述规定值以上的情况下，将无负载运转时的所述电动机的目标转速设定为比所述第一值低的第二值。
4.如权利要求1或2所述的气体压缩机，其特征在于：
所述控制装置，
在所述供气系统的容量不足规定值的情况下，将无负载运转时的所述电动机的目标转速设定为第一值，
在所述供气系统的容量在规定值以上的情况下，无负载运转中的经过规定时间后的排出侧压力的降低幅度在阈值以上时，将无负载运转时的所述电动机的目标转速设定为所述第一值，
在所述供气系统的容量在规定值以上的情况下，无负载运转中的经过规定时间后的排出侧压力的降低幅度不足阈值时，将无负载运转时的所述电动机的目标转速设定为比所述第一值低的第二值。
5.如权利要求1或2所述的气体压缩机，其特征在于：
具有能够选择节能模式的ON/OFF的选择装置，
所述控制装置，
在用所述选择装置选择了节能模式的OFF的情况下，无论所述供气系统的容量如何，都使无负载运转时的所述电动机的目标转速固定，
在用所述选择装置选择了节能模式的ON的情况下，基于所述供气系统的容量来变更无负载运转时的所述电动机的目标转速。
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