CN203641408U - 一种新型节能空气压缩装置 - Google Patents

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CN203641408U CN201320652347.5U CN201320652347U CN203641408U CN 203641408 U CN203641408 U CN 203641408U CN 201320652347 U CN201320652347 U CN 201320652347U CN 203641408 U CN203641408 U CN 203641408U
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周黎旸
施国有
刘俊明
邱正毅
刘光武
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Zhejiang Juhua Equipment Engineering Group Co ltd
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Juhua Group Technology Centre
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本实用新型公开了一种新型节能空气压缩装置,包括压缩机、油分离器、冷却器和主电机,压缩机与油分离器连接,油分离器与冷却器相连,主电机与压缩机之间设置有行星齿轮传动机构,行星齿轮传动机构包括太阳轮、行星架和外齿圈,太阳轮上设置有第一传动轴,行星架上设置有第二传动轴,外齿圈上设置有第三传动轴,第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴三个传动轴中的任意两个传动轴分别与主电机和压缩机连接,第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴三个传动轴中的剩余的一个传动轴连接有辅电机。本实用新型具有能耗低、安全可靠、成本低、使用范围广的优点。

Description

一种新型节能空气压缩装置
技术领域
本实用新型属于气动装置技术领域,具体涉及一种新型节能空气压缩装置。 
背景技术
空气压缩装置如空气压缩机(空压机)是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备。在工业生产中有着及其广泛的应用,在各种行业中它担负着为工厂中所有气动元件,各种气动阀门提供气源的职责。因此,空气压缩装置运行状况的好坏直接影响工厂的生产工艺。空气压缩装置通常主要由压缩机、电动机、油分离器、冷却器等组成,空压机的的种类很多(主要分为螺杆式,活塞式,其中螺杆式应用最广),但其供气的控制方式都是采用加、卸载的方式。 
由于空压机不排除在满负荷状态下长时间运行的可能性,所以,选型时只能按最大需求来确定电动机容量,造成空压机系统余量一般偏大。且大多数空压机是连续运行,由于一般空压机的电动机本身不能根据压力需求的变动来实现降速,使电动机输出功率与现场实际压力需求量相匹配,导致在用气量少的时候仍然要空载运行,造成巨大的电能浪费。频繁加卸载造成对电网的冲击,同时也造成机械的磨损加大,缩短机械寿命,气量无法保持恒压。同时当用气量不断变化时,供气压力不可避免产生波动,使用气精度达不到工艺要求,影响生产效率及产品品质。据统计,空压机占大型工业设备(风机、水泵、锅炉等)几乎所有的耗电量的15%,因此,空压机的节能改造势在必行。 
目前,对于空压机节能改造主要采用变频调速技术和变速箱调速技术,即当流量需要量减少时,就可以降低压缩机转速,从而较大幅度减小电动机的运行功率,实现节能的目的。然而采用变频调速技术和变速机构调速技术存在不足: 
变频调速方式不足: 
1、成本高,尤其是大功率高压变频器,所需IGBT等功率组件目前主要依赖进口,价格居高不下。 
2、由于变频器本身的有能耗,所以效率不高:变频器需采用PWM将50Hz交流电转换直流电,然后再逆变为不同频率的交流电,在两次变换中必然产生能耗和高次谐波。目前,高效变频器的基频效率为93-96%,谐波损失为3%,综合效率也就在90-93%。 
3、高次谐波干扰:变频器不可避免的高次谐波将对其接入的电网和电动机造成不利影响,国家电网明文要求,其输入端高次谐波不得高于其基频的5%。其输出端接电动机,会造成电动机绕组上的高压脉冲,破坏其绝缘,增加发热、振动和噪声。 
4、可靠性降低:变频器,特别是高压变频器本身的可靠性不算太高,对环境粉尘、静电、散热等要求高。变频电动机绕组受高压脉冲作用,绝缘易击穿,一般情况下,使用变频调速时,必须与变频电动机相匹配,否则寿命降低。 
变速机构调速方式不足: 
1、使用摩擦副传动方式(如CVT),虽然可实现无级变速但效率低、可靠性差,对使用扭矩大小有限制,使用功率不高,制作成本高。 
2、使用轴线齿轮传动方式(如AT、AMT),不能实现无级变速,速度变化范围小,且在速度变化时传动动力中断,速度切换机构复杂,综合效率不高。 
3、使用AT变速方式,不能实现无级变速,速度变化范围小,在变速时动力传递仍不能完全实现不中断,制作成本高。 
因此采用变速机构,无法同时解决好无级调速、功率大、变速动力不中断、效率高、制作成本低等问题,造成其使用范围受限制。 
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状,提供一种能耗低、安全可靠、成本低、使用范围广的新型节能空气压缩装置。 
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种新型节能空气压缩装置,包括压缩机、油分离器、冷却器和主电机,所述压缩机与所述油分离器连接,所述油分离器与所述冷却器相连,所述的主电机与所述的压缩机之间设置有行星齿轮传动机构,所述行星齿轮传动机构包括太阳轮、行星架和外齿圈,所述的太阳轮上设置有第一传动轴,所述的行星架上设置有第二传动轴,所述的外齿圈上设置有第三传动轴,所述的第一传动轴、所述的第二传动轴和所述的第三传动轴三个传动轴中的任意两个传动轴分别 与所述的主电机和所述的压缩机连接,所述的第一传动轴、所述的第二传动轴和所述的第三传动轴三个传动轴中的剩余的一个传动轴连接有辅电机。 
进一步的: 
所述压缩机优选为双螺杆压缩机、单螺杆压缩机、涡旋式压缩机、离心式压缩机中的一种。 
所述主电机优选为定速电机,所述的辅电机优选为调速电机。 
所述辅电机功率优选为所述主电机功率的1/8~1/3。 
所述主电机优选为高、低压的三相交流异步电动机,所述辅电机优选为低压变频调速三相异步电动机。 
本实用新型针对现有技术中通过变频调速、变速机构调速调节方式进行空气压缩装置能量调节方式的不足,通过行星齿轮传动机构分别与压缩机和主电机、辅电机连接,由主电机、辅电机提供压缩机动力并改变压缩机转速,其中主电机转速不变,承担主要传动功率;调节辅电机转速,实现压缩机转速变化,从而实现对空气压缩装置能量的调节,具有能耗低、安全可靠、成本低、功率大的优点。 
本实用新型所述的压缩机为所有可能用于空气压缩装置的压缩机,优选容积型压缩机或速度型离心式压缩机;容积型压缩机优选为双螺杆压缩机、单螺杆压缩机、往复式活塞压缩机、涡旋式压缩机和滚动转子式压缩机中的一种。速度型压缩机优选离心式压缩机。本实用新型所述的压缩机更优选为双螺杆压缩机、单螺杆压缩机、涡旋式压缩机中的一种。 
本实用新型所述的主电动机可选用本领域常用的电动机,优选为高、低压的三相交流异步电动机。 
本实用新型所述的辅电动机可选用本领域常用的调速电动机,所述辅电机优选为低压变频调速三相异步电动机,更优选为低压变频调速三相交流异步电动机。 
本实用新型所述的行星齿轮传动机构可选用机械领域常用的行星齿轮传动机构,优选为单排行星齿轮传动机构、双级行星齿轮传动机构中的一种。 
机械领域常用的行星齿轮传动机构由单个或多个行星齿轮机械相互联接而成,其工作原理为: 
在行星齿轮传动机构中三个基本构件(太阳轮、外齿圈、行星架)可根据传动要求,任选其中两件构件作为输入件(即输入轴),另一个为输出件(即输出轴)。本实用新 型行星齿轮传动机构的三个传动轴中,有两个输入轴和一个输出轴,两个输入轴分别与主电机、辅电机相连接,输出轴与压缩机相连接。根据行星传动机构运动学方程: 
ωa+p*ωb-(1+p)ωH=0 
(其中ωa、ωb、ωH分别是太阳轮、外齿圈、行星架的转速) 
可知当这三个基本构件的其中两个速度确定,那么第三个速度就确定。因此本实用新型的调速就是固定与其中一个输入轴连接的主电机转速,改变与另一个输入轴连接的辅电机转速变化,来实现输出轴的转速变化。控制好主、辅电机的功率,可以使得用以调速的辅电机功率尽可能地降低,以降低用于变速调节设备的投入、提高可靠性、提高效率。 
与现有技术相比,本实用新型具有以下优点: 
1、传动效率高、能耗低,本实用新型采用辅电机调速实现行星齿轮传动机构变速,由于其功率只有主电机功率的1/8~1/3,产生谐波干扰没有或很小,与传统变频调速相比,在相同的传递功率下,其使用的变频器功率低,效率更高,最高综合效率可达99%,且负荷降低时,节能效果更明显; 
2、安全可靠,本实用新型所用行星齿轮传动机构的主体是机械传动,在调速过程中,传递扭矩可以实现不间断,在使用中安全可靠,寿命长;主电机的可靠性远高于变频电动机;辅电机采用低压小功率,与变频电动机相比,可靠性更好;与摩擦副传动的变速箱或变速机构相比由于结构简单,可靠性更高; 
3、成本低,与传统变频调速相比,无需价格昂贵的高压变频器,且无需使用复杂昂贵的滤波设备。与摩擦副、轴线齿轮、AT等机械变速箱或变速机构相比,结构更简单,制作成本更低; 
4、传递功率大,应用范围广,本实用新型的传递功率可不受限制,远高于摩擦副传动机构,而变频调速虽然理论上也不受限制,但由于其高压可靠性问题,其应用领域受到极大的限制; 
5、可以实现无级变速,具有变速箱或变速机构不具备的软启动功能,可以大大降低主电机配置功率,进一步降低成本。 
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图; 
图2是本实用新型的行星齿轮传动机构结构示意图。 
图中,压缩机1,主电机2、辅电机3、行星齿轮传动机构4,油气分离器5,冷却器6,太阳轮9,行星架8,外齿圈7。 
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行进一步详细描述,但本实用新型并不仅限于所述的实施例。 
实施例1 
如图1、图2所示,一种新型节能空气压缩装置,包括压缩机1、油分离器5、冷却器6和主电机2,压缩机1与油分离器5连接,油分离器5与冷却器6相连,主电机2与压缩机1之间设置有行星齿轮传动机构4,行星齿轮传动机构4包括太阳轮9、行星架8和外齿圈7,太阳轮9上设置有第一传动轴,行星架8上设置有第二传动轴,外齿圈7上设置有第三传动轴,第一传动轴连接有辅电机3,第三传动轴与主电机2连接,第二传动轴与压缩机1相连。其中,压缩机1采用双螺杆压缩机,主电机2采用高、低压的三相异步电动机,辅电机3(功率为主电机2功率的1/3)采用低压变频调速三相交流异步电动机,行星齿轮传动机构4采用双级行星齿轮传动机构,第一传动轴和第三传动轴为输入轴,第二传动轴为输出轴。主电机2工频恒速运行。辅电机3通过控制系统进行速度调节。空气压缩装置排气压力传感器将信号输入程序控制器。程序控制器根据设定的调节压力值,与实际的压力偏差情况,输出调节双螺杆压缩机能量调节指令。辅电机3控制系统接受指令后,使得辅电机3输出转速提高或降低,实现双螺杆压缩机通过转速变化来调节能量。也可以通过程序控制器手动进行调节辅电机3转速,改变双螺杆压缩机转速调节能量。 
实施例2 
如图1、图2所示,一种新型节能空气压缩装置,包括压缩机1、油分离器5、冷却器6和主电机2,压缩机1与油分离器5连接,油分离器5与冷却器6相连,主电机2与压缩机1之间设置有行星齿轮传动机构4,行星齿轮传动机构4包括太阳轮9、行星架8和外齿圈7,太阳轮9上设置有第一传动轴,行星架8上设置有第二传动轴,外齿 圈7上设置有第三传动轴,第一传动轴连接有辅电机3,第二传动轴与主电机2连接,第三传动轴与压缩机1相连。其中,压缩机1采用单螺杆压缩机,主电机2采用高、低压的三相异步电动机,辅电机3(功率为主电机2功率的1/5)采用低压变频调速三相交流异步电动机,行星齿轮传动机构4采用双级行星齿轮传动机构,第一传动轴和第二传动轴为输入轴,第三传动轴为输出轴。主电机2工频恒速运行。辅电机3通过控制系统进行速度调节。空气压缩装置排气压力传感器将信号输入程序控制器。程序控制器根据设定的调节压力值,与实际的压力偏差情况,输出调节单螺杆压缩机能量调节指令。辅电机3控制系统接受指令后,使得辅电机3输出转速提高或降低,实现单螺杆压缩机通过转速变化来调节能量。也可以通过程序控制器手动进行调节辅电机3转速,改变单螺杆压缩机转速调节能量。 
实施例3 
如图1、图2所示,一种新型节能空气压缩装置,包括压缩机1、油分离器5、冷却器6和主电机2,压缩机1与油分离器5连接,油分离器5与冷却器6相连,主电机2与压缩机1之间设置有行星齿轮传动机构4,行星齿轮传动机构4包括太阳轮9、行星架8和外齿圈7,太阳轮9上设置有第一传动轴,行星架8上设置有第二传动轴,外齿圈7上设置有第三传动轴,,第二传动轴连接有辅电机3,第一传动轴与主电机2连接,第三传动轴与压缩机1相连。其中,压缩机1采用单螺杆压缩机,主电机2采用高、低压的三相异步电动机,辅电机3(功率为主电机2功率的1/6)采用低压变频调速三相交流异步电动机,行星齿轮传动机构4采用单排行星齿轮传动机构,第一传动轴和第二传动轴为输入轴,第三传动轴为输出轴。主电机2工频恒速运行。辅电机3通过控制系统进行速度调节。空气压缩装置排气压力传感器将信号输入程序控制器。程序控制器根据设定的调节压力或温度值,与实际的压力或温度值的偏差,输出调节单螺杆压缩机能量调节指令。辅电机3控制系统接受指令后,调节辅电机3转速,辅电机3输出转速提高或降低,实现单螺杆压缩机通过转速变化来调节能量。也可以通过程序控制器手动进行调节辅电机3转速,改变单螺杆压缩机转速调节能量。 
实施例4 
如图1、图2所示,一种新型节能空气压缩装置,包括压缩机1、油分离器5、冷却器6和主电机2,压缩机1与油分离器5连接,油分离器5与冷却器6相连,主电机2与压缩机1之间设置有行星齿轮传动机构4,行星齿轮传动机构4包括太阳轮9、行星 架8和外齿圈7,太阳轮9上设置有第一传动轴,行星架8上设置有第二传动轴,外齿圈7上设置有第三传动轴,,第二传动轴连接有辅电机3,第三传动轴与主电机2连接,第一传动轴与压缩机1相连。其中,压缩机1采用单螺杆压缩机,主电机2采用高、低压的三相异步电动机,辅电机3(功率为主电机2功率的1/8)采用低压变频调速三相交流异步电动机,行星齿轮传动机构4采用单排行星齿轮传动机构,第三传动轴和第二传动轴为输入轴,第一传动轴为输出轴。主电机2工频恒速运行。辅电机3通过控制系统进行速度调节。空气压缩装置排气压力传感器将信号输入程序控制器。程序控制器根据设定的调节压力或温度值,与实际的压力或温度值的偏差,输出调节单螺杆压缩机能量调节指令。辅电机3控制系统接受指令后,调节辅电机3转速,辅电机3输出转速提高或降低,实现单螺杆压缩机通过转速变化来调节能量。也可以通过程序控制器手动进行调节辅电机3转速,改变单螺杆压缩机转速调节能量。 
实施例5 
如图1、图2所示,一种新型节能空气压缩装置,包括压缩机1、油分离器5、冷却器6和主电机2,压缩机1与油分离器5连接,油分离器5与冷却器6相连,主电机2与压缩机1之间设置有行星齿轮传动机构4,行星齿轮传动机构4包括太阳轮9、行星架8和外齿圈7,太阳轮9上设置有第一传动轴,行星架8上设置有第二传动轴,外齿圈7上设置有第三传动轴,,第三传动轴连接有辅电机3,第一传动轴与主电机2连接,第二传动轴与压缩机1相连。其中,压缩机1采用涡旋式压缩机,主电机2采用高、低压的三相异步电动机,辅电机3(功率为主电机2功率的1/5)采用低压变频调速三相交流异步电动机,行星齿轮传动机构4采用双级行星齿轮传动机构,第三传动轴和第一传动轴为输入轴,第二传动轴为输出轴。主电机2工频恒速运行。辅电机3通过控制系统进行速度调节。空气压缩装置排气压力传感器将信号输入程序控制器。程序控制器根据设定的调节压力或温度值,与实际的压力或温度值的偏差,输出调节涡旋式压缩机能量调节指令。辅电机3控制系统接受指令后,调节辅电机3转速,辅电机3输出转速提高或降低,实现涡旋式压缩机通过转速变化来调节能量。也可以通过程序控制器手动进行调节辅电机3转速,改变涡旋式压缩机转速调节能量。 

Claims (5)

1.一种新型节能空气压缩装置,包括压缩机、油分离器、冷却器和主电机,所述压缩机与所述油分离器连接,所述油分离器与所述冷却器相连,其特征在于所述的主电机与所述的压缩机之间设置有行星齿轮传动机构,所述行星齿轮传动机构包括太阳轮、行星架和外齿圈,所述的太阳轮上设置有第一传动轴,所述的行星架上设置有第二传动轴,所述的外齿圈上设置有第三传动轴,所述的第一传动轴、所述的第二传动轴和所述的第三传动轴三个传动轴中的任意两个传动轴分别与所述的主电机和所述的压缩机连接,所述的第一传动轴、所述的第二传动轴和所述的第三传动轴三个传动轴中的剩余的一个传动轴连接有辅电机。
2.根据权利要求1所述的新型节能空气压缩装置,其特征在于所述压缩机为双螺杆压缩机、单螺杆压缩机、涡旋式压缩机、离心式压缩机中的一种。
3.根据权利要求1所述的新型节能空气压缩装置,其特征在于所述主电机为定速电机,所述的辅电机为调速电机。
4.根据权利要求3所述的新型节能空气压缩装置,其特征在于所述辅电机功率为所述主电机功率的1/8~1/3。
5.根据权利要求3所述的新型节能空气压缩装置,其特征在于所述主电机为高、低压的三相交流异步电动机,所述辅电机为低压变频调速三相异步电动机。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110080831A (zh) * 2019-05-31 2019-08-02 西安热工研究院有限公司 超临界二氧化碳热力循环发电系统压缩机的驱动调速布局结构及方法

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