CN1715655A

CN1715655A - 旋转式压缩机

Info

Publication number: CN1715655A
Application number: CN 200510082202
Authority: CN
Inventors: 中村元
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2006-01-04
Anticipated expiration: 2025-07-01
Also published as: CN100371601C; JP2006017041A

Abstract

本发明的旋转式压缩机，备有：由电动机驱动的压缩机主体、检测自压缩机主体的排出气体的压力的压力检测器、导出作用于电动机的驱动轴的转矩的转矩导出机构、和控制装置，在该控制装置中，预先设定比电动机的最大驱动转矩小的转矩的阈值和压力设定值，基于来自压力检测器的表示检测压力的压力信号和来自转矩导出机构的表示导出转矩的转矩信号，当导出转矩为阈值以上时，限制电动机的旋转速度的加速度直至导出转矩变得比阈值小、或者导出转矩变得比阈值以下的第二阈值小，当导出转矩比阈值小时，控制电动机的旋转速度，以消除检测压力和压力设定值的差。

Description

旋转式压缩机

技术领域

本发明涉及一种采用变换器等控制驱动部的旋转速度的旋转式压缩机。

背景技术

以往，作为采用变换器等控制驱动部的旋转速度(所谓转速)的旋转式压缩机，例如公知的有螺杆式压缩机。近年来，在对节省能源的要求越来越高的情况下，多采用高效率的同步电动机作为该螺杆式压缩机的驱动部。但是，对于该同步电动机，尽管可高效地运转，但如果由于负荷转矩的增大而成为过负荷状态，则会产生无法与电源的频率同步地运转的现象，即所谓失调现象(失步现象)，从而会产生无法继续压缩机的正常运转的问题。特别是，该过负荷状态容易发生在起动时。在日本专利公开公报特开2003-3976号中，公开了减轻该起动时的负荷转矩的螺杆式压缩机。

在日本专利公开公报特开2003-3976号中记载的螺杆式压缩机的情况下，可减轻起动时作用于驱动部的马达的负荷转矩，从而可以避免马达成为过负荷状态的问题。但是，在起动时以外的情况下，却仍然存在无法避免该过负荷状态的问题。在现实的情况下，由于压缩气体的使用量不一定，所以，排出压力会产生变动，在该变动幅度较大的情况下，电动机成为过负荷状态，从而会产生无法继续压缩机的正常运转的事故。

发明内容

本发明是以解决上述现有的问题为课题而作出的。即，本发明的目的在于提供一种旋转式压缩机，该压缩机不使电动机大型化即可防止在起动时和起动后作为驱动部的电动机的过负荷，还可以使运转中的排出压力保持恒定。

本发明为备有由电动机驱动的压缩主体的旋转式压缩机，其备有：压力检测器，检测来自上述压缩机主体的排出气体的压力；转矩导出机构，导出作用于上述电动机的驱动轴的转矩；控制装置，控制上述电动机的上述旋转速度；

在上述控制装置中，预先设定比上述电动机的最大驱动转矩小的转矩的第一阈值和压力设定值，基于来自上述压力检测器的表示检测压力的压力信号和来自上述转矩导出机构的表示导出转矩的转矩信号，当上述导出转矩为上述第一阈值以上时，限制上述电动机的上述旋转速度的加速度直至上述导出转矩变得比上述第一阈值以下的第二阈值小，当上述导出转矩比上述第一阈值小时，控制上述电动机的上述旋转速度，以消除上述检测压力和上述压力设定值的差。

在上述的结构中，上述第一阈值与上述第二阈值可以为相同的值。

另外，在上述结构的基础上，上述转矩导出机构也可以为设置于上述电动机的驱动轴上的转矩检测器。

此外，还可以如下构成，在上述结构的基础上，还备有输出与通入上述电动机中的电流相当的电流值信号的变换器，上述电流值信号被输入到上述控制装置中，上述控制装置兼作上述转矩导出机构，基于上述电流值信号导出导出转矩。

根据本发明的旋转式压缩机，不必设置例如提升阀、滑阀、或者活塞阀等进行容量调节，也不会带来由于设置这些装置所导致的结构的复杂化的问题。而且，也不会使电动机大型化。而且，在起动时和起动以后，都可以防止作为驱动部的电动机的过负荷，并可以使运转中的排出压力保持恒定。

附图说明

图1是表示本发明的旋转式压缩机的整体结构的框图。

图2是表示本发明的其他的旋转式压缩机的整体结构的框图。

图3是表示本发明的又一旋转式压缩机的整体结构的框图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的一个实施方式。

图1表示本发明的旋转式压缩机1A。该旋转式压缩机1A具有压缩机主体12，该压缩机主体12内置有由电动机11旋转驱动的未图示的转子。在压缩机主体12的一侧连接有吸入流路13，而另一侧连接有排出流路14。在排出流路14上设有检测排出压力的压力检测器15。而且，在压缩机主体12和电动机11之间的驱动轴上设有转矩检测器16。此外，电动机11通过变换器17而与交流电源18相连接。来自压力检测器15的表示关于排出压力的检测压力的压力信号、和来自转矩检测器16的表示检测转矩的转矩信号，输入到控制装置19中。基于这些信号，如下所述，经由控制装置19和变换器17来进行电动机11的旋转速度控制，以使得排出压力达到希望的设定压力。

在说明压缩机主体12内的转子的旋转速度控制时，首先来看一下压缩机主体12的输出和与之相关的转矩之间的关系。

压缩机主体12的输出P(kW)可以用下式(1)来表示。

P＝A·Ps·Q·{(Pd/Ps)^B-1} (1)

Ps(MPa) ：压缩机主体12的吸入压力

Pd(MPa) ：压缩机主体12的排出压力

Q(m³/sec)：压缩机主体12的吸入气体量

A、B ：κ/(κ-1)(κ：多变指数)

另一方面，可以用式(2)表示通过电动机11驱动压缩机主体12内的上述转子时所必要的全负荷转矩Tc。即，全负荷转矩Tc为Tc_d加上Tc_a所得的值，Tc_d是在恒定旋转速度下的稳定运转时从上述转子作用于上述驱动轴上的稳定的负荷转矩，Tc_a是用于加速上述转子的旋转的瞬态的负荷转矩。

Tc＝Tc_d+Tc_a (2)

稳定的负荷转矩Tc_d可以用下式(3)来表示。

Tc_d＝(P/n)·α (3)

P(kW)：压缩机主体12的输出

n(rpm)：压缩机主体12内的转子(驱动轴)的转速

α ：常数(＝1/(9.8·2π·0.06))

而瞬态的负荷转矩Tc_a可以用下式(4)来表示。

Tc_a＝J·Δn/(C·t) (4)

J(kg·m²)：通过驱动轴而旋转的部分的转动惯量

t(sec) ：时间

Δn ：时间t内的转子的转速的变化量

C ：常数(在理想情况下，重力加速度g＝9.8，但是实际上，考虑到相应于驱动轴的转速的能量损失的差异等，凭经验确定)

要实现由电动机11驱动的压缩机主体12的稳定的运转，下式(5)必须成立。

Tc≤Tm (5)

Tm：电动机11的最大驱动转矩

换言之，选定使式(5)成立的电动机11。

另外，在控制装置19中，预先设定小于最大驱动转矩Tm的转矩阈值Tset和希望的压力设定值Pset。

起动压缩机主体12，并且电动机11以预先设定的加速度使其旋转速度上升。另一方面，来自转矩检测器16的检测转矩、即表示全负荷转矩Tc的转矩信号，以及表示由压力检测器15检测到的排出压力Pd的压力信号，分别输入控制装置19中。

在控制装置19中，判断Tc＜Tset是否成立。当该判断的结果为YES时、即在电动机11为非过负荷状态的情况下，通过PID运算等计算出使(排出压力Pd-压力设定值Pset)的值为零的电动机11的旋转速度，对变换器17输出控制信号，使得电动机11成为该旋转速度。即，增减电动机11的旋转速度，以消除由压力检测器15检测出来的压力即排出压力Pd与上述压力设定值Pset之差。

与此相对，当上述判断的结果为NO时、即在电动机11处于过负荷状态或有可能成为该状态的情况下，由于必须预防电动机11成为过负荷状态，所以，对变换器17输出控制信号，使电动机11的旋转速度的增加比例不会过大。

具体地说，例如以相对于上次对变换器17指令的旋转速度(存储于控制装置中)的旋转速度变化量Δn不超过预定值的方式，决定本次对变换器17的指令旋转速度。

如果与旋转速度的变化量Δn相应的时间变化量Δt为所谓的单位时间，则旋转速度的变化量Δn为加速度。即，控制旋转速度的变化量Δn与控制加速度是同样的意义。由此，瞬态的负荷转矩Tc_a降低，可以减轻作用于电动机11上的负荷。此后，在压缩机主体12的工作中，反复进行上述运算处理和控制信号的输出。

另外，也可以预先在控制装置19中设定上述转矩的阈值Tset以下的第二阈值Tset_low，当上述判断的结果为NO时，即在电动机11处于过负荷状态或可能成为该状态的情况下，限制加速度直到转矩的值Tc小于该第二阈值Tset_low，以限制了加速度的旋转速度使电动机11旋转。具体地说，当上述判断的结果为NO(转矩的值Tc≥Tset)时，如上所述，限制电动机11的加速度使其不超过规定的值。然后，只要维持限制了加速度的状态直至Tc＜Tset、进而Tc＜Tset_low即可。若要使让排出压力尽量达到所希望的设定压力的话，则可使限制了加速度的状态在成为Tc＜Tset的时刻终止，但是，若是想尽量地减少作用于电动机11的负荷，则优选地将这样限制了加速度的状态维持至Tc＜Tset_low。

另外，作为控制加速度的其他方法，当目前电动机1的加速度为正值时，可以使其加速度的绝对值减少规定的值。另外，当目前电动机1的加速度为负值时，可以使其加速度的绝对值增加规定的值。另外，当目前电动机1以恒定的速度旋转、即加速度为0时，可以减小电动机1的旋转速度，使加速度为负值。

图2表示本发明的其他的旋转式压缩机1B。在图2中，与上述旋转式压缩机1A相同的部分采用相同附图标记并省略其说明。在该旋转式压缩机1B中，省略了设置于旋转式压缩机1A中的转矩检测器16，取而代之，变换器17将与通入电动机11中的电流相当的电流值信号输出到控制装置19中。在图2中，上述电流值信号(其信号线)用点划线20表示。关于通入该电动机11中的电流，下式成立。

Tc＝P·ω＝β·E·I·2πf (6)

ω(rad/sec)：角速度

β ：常数(＝√3)

E(V) ：电压

I(A) ：电流

f(Hz) ：频率

(Tc、P如上所述)

控制装置19相对于变换器17的直接的控制参数为式(6)中的E、f。因此，在控制装置19侧，E、f当然为可识别的数值。此外，如上所述，由于用点划线20表示的上述电流值信号被输入到控制装置19中，所以控制装置19可以识别导出负荷转矩Tc所必要的全部参数。对于旋转式压缩机1B，并不如旋转式压缩机1A那样用转矩检测器16直接检测出转矩，而是基于与通入电动机11中的电流相当的上述电流值信号，由变换器17导出转矩。

关于其他的运算处理·控制信号的输出等，均与旋转式压缩机1A的情况相同。根据这样结构的旋转式压缩机1B，即使不配置转矩检测器16，也可以减轻作用于电动机11的负荷。为了确认电压E、频率f是否如控制装置19的控制参数那样输出了，有时变换器构成为能够输出这些监控信号。变换器17正是这种类型的装置，此外，若是将电压E、频率f的监控信号与电流值信号一并输入控制装置19中，还可以将这些监控信号用于转矩的导出。

图3表示本发明的又一旋转式压缩机1C。在图3中，与上述旋转压缩机1A相同的部分采用同样的附图标记并省略其说明。在该旋转式压缩机1C中，在旋转式压缩机1A的结构的基础上，在压缩机主体12的吸入流路13上设有流量计21和压力检测器22。而且，来自流量计21的表示吸入气体量的流量信号、和来自压力检测器22的表示有关吸入压力的检测压力的压力信号输入到控制装置19中。控制装置19基于吸入压力、排出压力、吸入气体量和式(1)～式(4)，从当前时刻的转矩的值Tc和旋转速度n，计算出与第二阈值Tset_low相当的旋转速度nset_low。然后，控制装置19使电动机11以旋转速度nset_low旋转，并将其维持至Tc≤Tset_low。根据该方法，也可以使瞬态的负荷转矩Tc_a变化，可使作用于电动机11上的负荷减轻。

如上所述，不仅是在压缩机主体12的起动时，在其运转中，也会产生有过大的负荷转矩作用于电动机11的情况，但是在旋转压缩机1的情况下，不使电动机11大型化便可以防止作为驱动部的电动机11的过负荷，并且仅通过旋转速度控制就可以使运转中的排出压力保持恒定。而且，在旋转式压缩机1的情况下，不必采用例如提升阀、滑阀、或活塞阀等进行容量调节，不会如采用这些阀的情况那样产生结构复杂的问题。

Claims

1.一种旋转式压缩机，是备有由电动机驱动的压缩机主体的旋转式压缩机，其备有：

压力检测器，检测来自上述压缩机主体的排出气体的压力；

转矩导出机构，导出作用于上述电动机的驱动轴的转矩；

控制装置，控制上述电动机的上述旋转速度；

2.如权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，上述第一阈值与上述第二阈值为相同的值。

3.如权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，上述转矩导出机构为设置于上述电动机的驱动轴上的转矩检测器。

4.如权利要求1所述的旋转式压缩机，其特征在于，还备有输出与通入上述电动机中的电流相当的电流值信号的变换器，上述电流值信号被输入到上述控制装置中，上述控制装置兼作上述转矩导出机构，基于上述电流值信号导出导出转矩。