KR20200142532A - 다단 압축기 유닛 및 모터의 회전 속도를 조절하기 위한 방법 - Google Patents

다단 압축기 유닛 및 모터의 회전 속도를 조절하기 위한 방법 Download PDF

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KR20200142532A
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본트리더 토마스 윌렘 아이. 드
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아틀라스 캅코 에어파워, 남로체 벤누트삽
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Abstract

본 발명은 적어도 제 1 기어 변속기(9)를 통해 구동되는 제 1 압축기 요소(5)를 포함하는 제 1 압축기 단(2) 및 별도의 제 2 기어 변속기(14)를 통해 구동되는 제 2 압축기 요소(10)를 포함하는 제 2 압축기 단(3)을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 기어 변속기(9, 14)는 구동 기어 및 증배기로 구성된 피동 기어를 포함하며, 상기 각각의 피동 기어는 상기 각각의 제 1 압축기 요소(5) 또는 제 2 압축기 요소(10)의 로터의 샤프트에 연결되며, 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)가 제 1 압축기 단(2) 및 제 2 압축기 단(3)을 개별적으로 구동시키도록 구성되는 다단 압축기 유닛(1)에 관한 것으로, 상기 제 1 기어 변속기(9) 및 제 2 기어 변속기(14) 중 하나의 구동 기어와 피동 기어 사이의 기어비가 2 내지 6의 범위 내에 있다.

Description

다단 압축기 유닛 및 모터의 회전 속도를 조절하기 위한 방법
본 발명은 유입구 및 압축 가스 유출구, 적어도 제 1 기어 변속기를 통해 제 1 모터에 의해 구동되는 제 1 압축기 요소를 포함하는 제 1 압축기 단 및 별도의 제 2 기어 변속기를 통해 제 2 모터에 의해 구동되는 제 2 압축기 요소를 포함하는 제 2 압축기 단을 포함하며, 상기 각각의 제 1 및 제 2 기어 변속기는 각각의 제 1 모터 또는 제 2 모터에 연결된 구동 기어 및 증배기로 구성된 피동 기어를 포함하며, 상기 각각의 피동 기어는 상기 각각의 제 1 압축기 요소 또는 제 2 압축기 요소의 로터의 샤프트에 각각 연결되며, 제 1 모터 및 제 2 모터가 제 1 압축기 요소 및 제 2 압축기 요소를 개별적으로 구동시키도록 구성되는 것인 다단 압축기에 관한 것이다.
다단 압축기 유닛은 업계에서 널리 사용되고 있으며, 이러한 공지의 유닛은, 일반적으로, 동일한 모터에 의해 또는 별개의 모터에 의해 구동되는 압축기 요소를 갖춘 적어도 2 개의 압축기 단(stage)을 구비한다.
압축기 요소가 동일한 모터에 의해 구동되는 경우, 이들 요소가 신뢰할 수도 있다 하더라도, 이러한 압축기 유닛은 2 개의 압축기 단의 속도 조정 융통성이 제한적이다.
각각의 단이 인버터를 통해 구동되는 모터를 포함하는 2 단 압축기의 일 예를 WO 2017/169,595 A 에서 찾아볼 수 있다.
또 다른 예인 WO 01/31202 에는, 압축기 단의 압축기 요소가 다단 압축기의 유출구에서 측정되는 압력에 기초하여 개별적으로 구동되는 다단 압축기가 제공되어 있다.
일반적으로, 이들 공지의 압축기 유닛은 저속으로 구동되는 크기가 다소 큰 모터를 포함하여, 모터가 그 최대 용량으로 사용되는 것은 아니기 때문에, 제조 비용 면에서 또한 운영 비용 면에서 비효율적이다.
전술한 결점을 고려하여, 본 발명의 일 목적은 개개의 매개 변수에 따른 상이한 압축기 단의 속도 조절 융통성의 증대를 허용하는 다단 압축기 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제조 비용뿐만 아니라 운영 비용 면에서 효율적인 다단 압축기 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상이한 압축기 단의 압축기 요소를 구동시키는 모터를 고용량으로 사용하기 위한 해결 방안을 제공하는 것이다.
본 발명은 유입구 및 압축 가스 유출구, 적어도 제 1 기어 변속기를 통해 제 1 모터에 의해 구동되는 제 1 압축기 요소를 포함하는 제 1 압축기 단 및 별도의 제 2 기어 변속기를 통해 제 2 모터에 의해 구동되는 제 2 압축기 요소를 포함하는 제 2 압축기 단을 포함하며, 상기 각각의 제 1 및 제 2 기어 변속기는 각각의 제 1 모터 또는 제 2 모터에 연결된 구동 기어 및 증배기로 구성된 피동 기어를 포함하며, 상기 각각의 피동 기어는 상기 각각의 제 1 압축기 요소 또는 제 2 압축기 요소의 로터의 샤프트에 연결되며, 제 1 모터 및 제 2 모터가 제 1 압축기 단 및 제 2 압축기 단을 개별적으로 구동시키도록 구성되는 다단 압축기 유닛에 있어서, 상기 제 1 기어 변속기 및 제 2 기어 변속기 중 하나의 구동 기어와 피동 기어 사이의 기어비가 2 내지 6의 범위 내에 있는 것인 다단 압축기 유닛을 제공함으로써 위의 및/또는 그 외 다른 문제 중 적어도 하나를 해결한다.
상기 제 1 및 제 2 기어 변속기 중 하나의 구동 기어와 피동 기어 사이의 이러한 기어비를 채택함으로써, 본 발명에 따른 다단 압축기 유닛은 여전히 사용자의 요구를 충족시키면서 더 높은 속도로 구동되는 크기가 더 작은 모터를 포함할 수 있어, 기존의 압축기 유닛과 비교하여, 다단 압축기 유닛의 효율을 증가시킬 수 있다.
따라서, 모터가 더 작은 크기로 형성되기 때문에, 다단 압축기 유닛의 작동 효율이 증가할뿐만 아니라 제조 비용도 절감된다.
추가적으로, 본 발명에 따른 다단 압축기 유닛의 에너지 풋프린트도 작아진다.
또한, 크기가 더 작은 모터를 사용함으로써, 다단 압축기 유닛의 치수와 무게가 감소한다.
이로 인해, 제조 동안뿐만 아니라 운송 중에도 다단 압축기 유닛의 조작이 더 용이해진다.
이러한 레이아웃을 사용함으로써, 개개의 압축기 요소의 로터의 회전 속도가 모터의 개개의 회전 속도보다 높아져, 다단 압축기 유닛의 효율을 증가시킬 수 있다.
실제로, 이러한 레이아웃으로 인해, 제 1 압축기 요소와 제 2 압축기 요소의 로터가, 크기가 작은 모터를 사용하여, 크기가 큰 모터를 사용하여 도달했을 때와 동일한 속도에 도달한다. 이에 따라, 더 작은 모터가 종래의 재료, 종래의 연결 수단 및 종래의 제어를 사용하여야 하기 때문에, 전체 제조 비용이 감소하며 시스템의 복잡성이 감소한다.
본 발명은 또한, 제 1 압축기 요소를 포함하는 제 1 압축기 단을 제공하며, 제 1 기어 변속기를 통해 제 1 모터에 의해 상기 제 1 압축기 요소를 구동시키는 단계; 제 2 압축기 요소를 포함하는 제 2 압축기 단을 제공하며, 별개의 제 2 기어 변속기를 통해 제 2 모터에 의해 제 1 압축기 요소와 별개로 상기 제 2 압축기 요소를 구동시키는 단계; 각각의 제 1 기어 변속기 및 제 2 기어 변속기의 구동 기어를 각각의 제 1 모터 또는 제 2 모터에 연결하는 단계; 각각의 제 1 기어 변속기 및 제 2 기어 변속기의 피동 기어를 각각의 상기 제 1 압축기 요소 또는 제 2 압축기 요소의 로터의 샤프트에 연결하는 단계를 포함하는 다단 압축기 유닛의 모터의 회전 속도를 조절하기 위한 방법에 있어서, 상기 제 1 기어 변속기 및 제 2 기어 변속기 중 하나의 구동 기어와 피동 기어 사이의 기어비를 2 내지 6의 범위로 설정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회전 속도를 조절하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 적어도 제 1 압축기 요소와 제 2 압축기 요소 및 별개의 제 1 기어 변속기 및 제 2 기어 변속기를 통해 상기 제 1 압축기 요소 및 제 2 압축기 요소 중 다른 하나를 각각 개별적으로 구동시키기 위한 적어도 제 1 모터 및 제 2 모터를 포함하며, 각각의 상기 제 1 기어 변속기 및 제 2 기어 변속기는 상기 제 1 모터 또는 제 2 모터의 개개의 모터에 연결된 구동 기어를 포함하며, 피동 기어는 상기 제 1 압축기 요소 또는 제 2 압축기 요소 중 하나의 로터의 샤프트에 연결되는 것인 다단 압축기 유닛에 있어서, 상기 제 1 기어 변속기 및 제 2 기어 변속기 중 하나의 구동 기어의 치형부의 개수와 피동 기어의 치형부의 개수 사이의 비율이 2 내지 6의 범위에 있는 것인 다단 압축기 유닛에 관한 것이다.
본 발명의 맥락에서, 다단 압축기 유닛에 대하여 위에 제시된 이점이 회전 속도를 조절하기 위한 방법에도 유효하다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 특징을 더 잘 보여주기 위해, 본 발명에 따른 일부 바람직한 구성이 첨부 도면을 참조하여 어떠한 제한적인 성격 없이 예시로서 이하에 설명된다:
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 다단 압축기 유닛이 개략적으로 도시되며;
도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 제 1 압축기 단의 일 예가 개략적으로 도시되며;
도 3에는 본 발명의 실시예에 따른 다단 압축기 유닛이 개략적으로 도시되며;
도 4에는 도 3에 따른 다단 압축기 유닛의 측면도가 개략적으로 도시되며;
도 5에는 도 3의 다단 압축기 유닛의 회전된 모습이 개략적으로 도시되며;
도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다단 압축기 유닛이 개략적으로 도시되며;
도 7에는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 나타내는 흐름도가 개략적으로 도시된다.
도 1에 도시된 다단 압축기 유닛(1)의 경우, 사용자망(4)에 압축 가스를 공급하는 제 1 압축기 단(2) 및 제 2 압축기 단(3)을 포함하는 2 단 압축기 유닛의 형태이다.
상기 제 1 압축기 단(2)은 유입구(6) 및 압축 가스 유출구(7)를 갖는 제 1 압축기 요소(5)를 포함한다.
제 1 압축기 요소(5)는 제 1 기어 변속기(9)를 통해 제 1 모터(8)에 의해 구동된다.
일반적으로, 이러한 기어 변속기(9)는 하우징의 내부에 수용되며, 이렇게 형성된 조립체가 일반적으로 기어 박스로 알려져 있다.
마찬가지로, 제 2 압축기 단(3)은 유입구(11) 및 압축 가스 유출구(12)를 갖는 제 2 압축기 요소(10)를 포함한다. 제 2 압축기 요소(10)는 제 2 기어 변속기(14)를 통해 제 2 모터(13)에 의해 구동된다.
이러한 레이아웃으로 인해, 독립적인 속도 조정이 달성된다.
그러나, 본 발명에 따른 다단 압축기 유닛(1)이 또한, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 3 개, 4 개, 또는 그 이상과 같이, 2 개보다 많은 압축기 단을 포함할 수 있다는 점을 배제하지 않아야 한다.
본 발명의 맥락에서, 다단 압축기 유닛(1)은 압축기 요소(5, 10), 모든 일반적인 연결 배관 및 밸브, 캐노피(canopy), 및 가능하면 압축기 요소(5, 10)를 구동시키는 모터(8, 13)를 포함하는 완전한 압축기 설비로서 이해되어야 한다.
본 발명의 맥락에서, 압축기 요소는 일반적으로 하나 이상의 로터에 의해 압축 공정이 이루어지는 압축기 요소 케이싱으로서 이해되어야 한다.
상기 각각의 제 1 기어 변속기(9) 및 제 2 기어 변속기(14)는 서로 정합된 구동 기어 및 피동 기어를 포함한다.
제 1 압축기 단(2)을 고려하면, 구동 기어가 상기 제 1 모터(8)의 로터의 모터 샤프트에 장착되며, 피동 기어는 제 1 압축기 요소(5)의 하나의 샤프트에 장착된다.
마찬가지로, 제 2 기어 변속기(14)의 구동 기어는 상기 제 2 모터(13)의 로터의 모터 샤프트에 장착되며, 피동 기어는 제 2 압축기 요소(10)의 하나의 샤프트에 장착된다.
기능 수행 동안, 모터 샤프트 및 결과적으로 구동 기어가 회전하여, 피동 기어 및 결과적으로 압축기 요소(5)의 로터가 또한 회전하도록 한다.
피동 기어가 증배기(multiplier)로서 구성되기 때문에, 작동 동안 피동 기어의 회전 속도가 구동 기어의 회전 속도보다 높다. 결과적으로, 제 1 압축기 요소(5) 및 제 2 압축기 요소(10)의 로터가 그 개개의 모터의 로터보다 더 높은 회전 속도에 도달할 것이다.
상기 각각의 제 1 압축기 요소(5) 및 제 2 압축기 요소(10)는, 일반적으로, 서로 연동하는 수형 로터 및 암형 로터(도시하지 않음)의 2 개의 로터를 포함한다.
상기 각각의 로터는 샤프트를 포함하며, 이에 의해, 바람직하게는, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 수형 로터의 샤프트가 개개의 기어 변속기의 피동 기어에 연결된다.
암형 로터의 샤프트가, 수형 로터의 샤프트 대신에, 피동 기어에 연결될 수 있다는 점을 배제하지 않아야 한다.
이러한 기어 변속기의 사용은 속도 범위의 면에서 융통성을 제공하는 이점이 있다.
또한, 상기 기어 변속기의 피동 기어와 구동 기어 사이의 기어비가 낮을수록, 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)의 속도가 각각 더 높아져, 잠재적으로 비용 절감이 가능하다. 그러나, 기술적인 문제를 해결하기 위해서는 특정 속도 이상의 추가적인 조치가 필요하다.
바람직하게는, 제 1 모터(8)와 제 2 모터(13)가 추가적인 조치를 필요로 하지 않는 경우의 피동 기어와 구동 기어 사이의 기어비는 2 내지 6의 범위이다. 이에 따라, 모터가 고용량으로 사용되므로, 운영 비용이 절감된다.
2 내지 6의 범위의 속도비를 선택함으로써, 제 1 압축기 단(2) 및 제 2 압축기 단(3)의 로터의 최대 속도 및 최소 속도가 각각, 사실상, 공칭 범위로 유지된다. 결과적으로, 제 1 압축기 단(2) 및 제 2 압축기 단(3)의 압축기 요소 케이싱 내부의 온도가 또한 원하는 한계치 이내로 유지될 수 있어, 구성 요소를 보호할 수 있으며 잠재적으로 다단 압축기 유닛(1)의 수명을 증가시킬 수 있다.
제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)에 대해 2 내지 6의 범위의 속도비를 채택함으로써, 개개의 모터의 속도가, 추가적인 강화 조치를 필요로 하지 않고 또한 모터 또는 베어링을 냉각하기 위한 추가적인 수단 없이, 종래의 유닛에서보다 더 높아질 수 있다. 결과적으로, 운영 및 제조 비용이 낮게 유지된다.
종래의 시스템에서는, 모터의 로터와 압축기 요소의 로터 사이의 기어비가, 일반적으로, 6보다 높게 선택되며, 이러한 시스템에는 저속으로 기능하는 크기가 더 큰 모터가 포함되어 있다. 모터가 그 최대 용량으로 구동되는 것은 아니기 때문에, 시스템이 최적의 효율을 갖추지 못하며 운영 비용이 더 높은 편이다.
최신 시스템의 경우 효율을 높이기 위하여 2 미만의 기어비를 선택할 것이지만, 이러한 고속을 취하기 위해서는 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)의 로터에 대한 추가적인 강화 조치가 필요할 것이다.
더욱이, 크기가 더 큰 모터는 그 최대 용량으로 구동되는 경우 직면하게 되는 높은 진동과 고온에 견딜 수 있는 특수한 연결 요소 및 재료를 필요로 할 것이다.
추가적으로, 제 1 모터(8) 및/또는 제 2 모터(13)의 회전 속도가 높을 경우 주파수 변환기의 전환 주파수(switching frequency)가 높아야 하며, 이것은 제어 측면에서 더 큰 문제를 야기한다.
또한, 이와 같이 회전 속도가 높을 경우, 모터의 제조에 특수한 재료를 사용하여야 할 것이며, 내부에 자석을 포함하는 특수한 수단 및 특수한 냉각 수단이 필요해질 것이다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 상기 제 1 및 제 2 압축기 요소(5, 10)는 오일이 없거나 오일이 주입되는 방식의 스크류 압축기 요소 또는 톱니형 압축기 요소로서 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 각각의 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)는 개개의 모터(8, 13)의 회전 속도를 변경하기 위한 주파수 변환기(도시하지 않음)를 포함한다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)는 서로 독립적으로 각각의 주파수 변환기를 통한 속도 변경을 허용한다.
다단 압축기 유닛(1)의 레이아웃이 이러한 방식으로 선택되므로, 시스템의 융통성이 증가될 뿐만 아니라 다단 압축기 유닛(1)이 특정 시스템 조건에 따라 구성될 수 있다.
결과적으로, 독립적인 속도 조정에 의해, 환경 및 작동 조건에 기초하여 다단 압축기 유닛(1)의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 제 1 압축기 단(2)과 제 2 압축기 단(3)이 직렬로 연결된다. 이에 따라, 제 1 압축기 단(2)의 압축 가스 유출구(7)가 제 2 압축기 요소(10)의 유입구(11)에 유동적으로 연결되며, 제 2 압축기 단(3)의 압축 가스 유출구(12)가 사용자망(4)에 유동적으로 연결된다(도 1).
그러나, 제 1 압축기 단(2)이 제 2 압축기 단(3)과 병렬로 연결될 수 있다는 점을 배제하지 않아야 한다. 이러한 경우에는, 2 개의 압축기 단의 유입구가 공통 유입구로부터 분기될 것이며, 2 개의 압축 가스 유출구는 사용자망에 도달하는 공통 유출구에 연결될 것이다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 다단 압축기 유닛(1)은 제 1 압축기 요소(5) 또는 제 2 압축기 요소(10)를 빠져 나가는 압축 가스를 냉각하기 위한 냉각 유닛(15)을 포함한다.
이러한 냉각 유닛(15)은 제 1 압축기 단(2)과 제 2 압축기 단(10)의 사이에 또는 제 2 압축기 단(10)과 사용자망(4)의 사이에 위치된다.
바람직하게는, 냉각 유닛(15)은 제 1 압축기 단(2)과 제 2 압축기 단(10)의 사이의 유체 도관 상에 위치된다.
일반적으로, 냉각 유닛(15)은 압축 가스가 유동하는 채널의 제 1 섹션 및 냉각제가 유동하는 제 2 섹션의 2 개의 섹션을 포함한다. 냉각제의 온도는 일반적으로 압축 가스의 온도보다 상당히 낮다. 결과적으로, 제 1 압축기 단(3)을 빠져 나가는 압축 가스는 냉각 유닛(15)을 통과함으로써 냉각된 후, 제 2 압축기 요소(10)의 유입구로 보내져 추가로 압축된다.
냉각 유닛(15)의 냉각제는 공기, 물, 오일, 또는 임의의 다른 냉각제를 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 냉각제는, 예를 들어, 글리콜과 같은 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에 있어서, 다단 압축기 유닛(1)은 제 1 통신 링크(17)를 통해 제 1 모터(8)에 연결되며 제 2 통신 링크(18)를 통해 제 2 모터(13)에 연결되는 제어기 유닛(16)을 추가로 포함한다.
바람직하게는, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 제어기 유닛(16)은 제 1 모터(8)의 속도를 증가 또는 감소시키도록 구성된 주파수 변환기에 상기 제 1 통신 링크(17)를 통해 연결된다.
마찬가지로, 제어기 유닛(16)은 제 2 모터(13)의 속도를 증가 또는 감소시키도록 구성된 주파수 변환기에 제 2 통신 링크(18)를 통해 연결된다.
제어기 유닛(16)은 상기 제 1 모터(8) 및 상기 제 2 모터(13)의 속도를 결정하며 각각의 주파수 변환기로의 전기 신호를 생성한다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 다단 압축기 유닛(1)은 일반적으로, 예를 들어, 제 1 압축기 요소(5)의 압축 가스 유출구(7)에 위치된 제 1 압력 센서(23) 및/또는 제 1 온도 센서(25) 및 제 2 압축기 요소(10)의 압축 가스 유출구(12)에 위치된 제 2 압력 센서(24) 및/또는 제 2 온도 센서(26)와 같은 일련의 센서를 포함한다.
제 1 압축기 단(2)의 압축 가스 유출구(7) 및 제 2 압축기 단(3)의 압축 가스 유출구(12)에서 압력 및/또는 온도를 측정함으로써 또한 사용자망(4)의 레벨에서의 압축 가스의 요구 사항을 고려함으로써, 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)의 회전 속도가 다단 압축기 유닛(1)의 최적의 기능상 조건이 유지되도록 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서, 제어기 유닛(16)은 각각의 제 3 통신 링크(19) 및 제 4 통신 링크(27)를 통해 상기 압력 센서(들)(23 및/또는 24) 및/또는 온도 센서(들)(25 및/또는 26)로부터 측정 데이터를 수신하도록 구성된다.
다단 압축기 유닛(1)의 설계 과정에서, 상이한 압축기 요소의 매개 변수, 압축기 요소의 기하학적 치수를 고려함으로써 또한 가스를 압축하는 동안의 이상적인 거동을 고려함으로써 압축기 유닛(1)의 기능 패턴이 결정된다. 이에 따라, 모터의 속도와 압축 가스 유출구에서의 압력 사이의 관계를 알 수 있는 그래픽 표현이나 매트릭스가 실현된다.
이러한 그래프 또는 매트릭스는 개개의 압력 및/또는 온도 측정치 및 사용자망에서의 요구 사항에 기초하여 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)의 속도를 결정하는 데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서, 제어기 유닛(16)은, 다단 압축기 유닛(1)의 평형 상태를 결정하기 위해 또한 평형 상태가 유지되도록 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)의 속도를 변경하기 위해, 제 1 압축기 요소(5) 및 제 2 압축기 요소(10)의 압력에 대한 질량 유량을 나타내는 표현을 추가로 사용할 수 있다.
이러한 상태에서, 냉각 유닛(15)은 최적의 효율을 갖는다. 추가적으로, 제 2 압축기 요소(10)와 제 1 압축기 요소(5) 사이의 압력비는 공칭 매개 변수로 유지되며, 이것은 단 사이의 압력차가 매우 높아지는 상황이 방지됨을 의미한다. 결과적으로, 각각의 압축기 요소(5, 10)의 온도가 매우 높은 수준으로는 상승될 수 없으며, 이것은 잠재적으로 개개의 압축기 단(2, 3)의 기능에 영향을 미칠 것이다.
이에 따라, 운영 비용이 절감될 뿐만 아니라 압축기 요소(5, 10)가 매우 높은 온도, 매우 낮거나 매우 높은 압력 수준에 도달하지 못하도록 보호되며, 제 1 및 제 2 모터(8, 13)가 공칭 범위를 벗어난 속도로 작동하지 않도록 보호된다.
이상적인 상황에서는, 제 1 모터(8) 및/또는 제 2 모터(13)의 속도가 감소되는 경우에도 평형 상태가 여전히 유지된다.
그러나, 현실 상황에서는, 시험을 통해 밝혀진 바와 같이, 일단 모터가 속도 변화를 경험하게 되면, 평형 상태에 도달하는 매개 변수가 압력에 대한 질량 유량의 표현에 대해 변화하여, 제 1 모터(8)가 매우 낮은 속도로 구동될 경우 압축 가스 유출구(7)의 압력이 매우 높아지는 상황을 야기할 수 있다.
이것은 원치 않는 상황으로서, 제어기 유닛(16)은 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)의 속도를 개별적으로 조절함으로써 제 1 압축기 요소(5)의 압축 가스 유출구(7) 및 제 2 압축기 요소(10)의 압축 가스 유출구(12)에서의 높은 압력 값을 방지하는 데 도움이 된다.
일반적으로, 제 1 압축기 요소(5)는 사용자망(4)의 레벨에서 전달되는 압축 가스의 부피를 한정하는 반면, 제 2 압축기 요소(10)는 사용자망(4)에서 전달되는 압축 가스의 압력을 한정한다.
제 1 압축기 요소(5)의 로터의 속도가 사용자망의 레벨에서의 수요 변화로 인해 현저히 감소하며 제 2 압축기 요소(10)의 로터가 동일한 속도로 유지되는 상황에 시스템이 도달하면, 제 1 압축기 요소(5)의 압축 가스 유출구(7)에서의 압력 값 및 결과적으로 온도 수준이 매우 높은 수준까지 증가할 수 있다.
제어기 유닛(16)은 제 2 모터(13)의 속도를 개별적으로 조절함으로써 또한 제 1 압축기 단(2)의 압축 가스 유출구(7)에서의 압력 및/또는 온도 측정치를 고려함으로써 이러한 상황을 피한다.
이러한 속도 조절로 인해, 제 1 압축기 단(2) 및 제 2 압축기 단(3)의 속도 범위가 사실상 확장된다.
이에 따라, 제 1 모터(8)가 매우 낮은 속도로 작동하는 경우, 제 1 압축기 요소(5)의 압축 가스 유출구(7)에서 측정된 압력 및 온도가 매우 높아져, 기능상 한계에 도달하거나 거의 도달하게 된다. 이러한 상황에 직면하게 되면, 다단 압축기 유닛(1)을 정지시키는 대신에, 바람직하게는, 제 2 압축기 단(3)의 레벨에서 속도 조절이 수행된다. 이에 따라, 제 2 모터(13)의 속도를 증가시킴으로써, 제 1 압축기 요소(5)의 압축 가스 유출구(7)의 레벨에서의 압력이 감소되며, 따라서, 다단 압축기 유닛(1)이 공칭 매개 변수로 유지된다.
이러한 방식으로, 제 1 모터(8)가 최소 설정보다 훨씬 낮은 속도로 작동할 수 있게 되어, 다단 압축기 유닛(1)의 신뢰성이 증가된다.
동일한 원리가 제 2 압축기 요소(10)의 압축 가스 유출구(12)에서 압력 또는 온도가 극한 값에 도달하는 경우에도 적용되며, 이러한 값은 제 1 모터(8)의 회전 속도를 조절하여 조절된다.
공지의 압축기에서는, 제 1 압축기 단이 낮은 회전 속도로 작동되면, 제 1 압축기 요소의 레벨에서 측정된 압력이 상승하며, 제 2 압축기 요소의 레벨에서 발생하는 누출이 또한 증가하여, 유닛의 기능이 저하된다.
그러나, 본 발명에 따른 다단 압축기 유닛(1)을 사용함으로써, 이러한 상황을 피할 수 있다.
이에 따라, 제 1 압축기 요소(5) 및 제 2 압축기 요소(10)가 별개의 기어 변속기를 통해 개별적으로 구동되므로, 제 1 압축기 요소(5)의 압축 가스 유출구(7)에서의 압축 가스의 압력을 조정함으로써 2 개의 단 사이의 압력과 질량 유량 사이의 평형 상태가 유지될 수 있다.
평형 상태를 유지함으로써, 다단 압축기 유닛(1)은 에너지 소비 면에서 더 효율적일 것이며, 압축기 단(2, 3)은 공칭 작업 매개 변수로 유지될 것이다.
제 1 압축기 요소(5) 및 제 2 압축기 요소(10)가 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)를 통해 개별적으로 구동되기 때문에 또한 기어비가 2 내지 6의 범위에 있기 때문에, 다단 압축기 유닛(1)은 제어가 더 용이한 모터가 사용되도록 하며, 이러한 모터는 동적으로 더 잘 제어된다. 결과적으로, 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)는 용이하게 안정된 작동 상태로 유지되며, 보다 정확하게 제어된다.
모터의 동적 제어에 의해 다단 압축기 유닛(1)의 전체적인 동적 특성이 정의되기 때문에, 상기 다단 압축기 유닛(1)은 더 간단한 소프트웨어를 사용할 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 제 1 통신 링크(17), 제 2 통신 링크(18), 제 3 통신 링크(19), 및 제 4 통신 링크(27)는 각각, 유선 또는 무선 통신 링크로서 선택될 수 있다.
유선 연결의 경우, 전기 신호가 전송될 수 있도록 전기선이 제공되며, 제어기 유닛(16)과 개개의 구성 요소(들)를 연결하기 위해 상기 선의 각각의 단부에 접속부 요소가 제공된다.
무선 연결의 경우, 2 개의 구성 요소 사이의 접속이 서로 통신 관계로 전기 신호가 전송될 수 있도록 하는 송신기 및 수신기에 의해 이루어지며, 또는 2 개의 구성 요소가 각각, 양방향 통신을 허용하는 송수신기를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에 있어서, 상기 제 1 모터(8) 또는 제 2 모터(13) 중 적어도 하나는 전기 모터이다.
본 발명에 따른 또 다른 실시예에 있어서, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 적어도 하나의 전기 모터는 가변 속도 구동(VSD) 모터이다.
과제 및 관련 속도 범위는 전기 모터의 크기에 좌우된다(2). 이러한 의존성을 극복하기 위해, 본 발명의 바람직한 특성에 따르면, 제 1 모터(8) 및/또는 제 2 모터(13) 중 적어도 하나가 공칭 전력(kW 단위)과 공칭 속도(rpm 단위)의 제곱을 곱한 값이 0.0006 × 10E12 내지 0.025 × 10E12의 범위에 있도록 구성된다.
일반적으로, 모터와 관련된 비용은 공칭 전력과 공칭 속도의 제곱을 곱한 값이 증가할수록 감소한다. 기술적 한계로 인해 한계치에 도달할 때까지 이러한 상황에 직면하게 된다. 이러한 한계를 넘어야 할 경우에는 더 값비싼 모터와 제어 시스템을 선택하여야만 한다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서, 상기 제 1 모터(8) 및/또는 제 2 모터(13) 중 적어도 하나가 최대 전력(kW 단위)과 최대 속도(rpm 단위)의 제곱을 곱한 값이 0.0006 × 10E12 내지 0.025 × 10E12의 범위에 있도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서, 제 1 압축기 단(2) 및 제 2 압축기 단(3)은 하우징(도시하지 않음)의 내부에 수용된다.
다단 압축기 유닛(1)이 차지하는 공간을 줄이며 가스 유동을 개선하기 위해, 상기 제 1 압축기 요소(5) 또는 제 2 압축기 요소(10) 중 적어도 하나 및 이러한 적어도 하나의 제 1 압축기 요소(5) 또는 제 2 압축기 요소(10)를 구동시키는 제 1 모터(8) 또는 제 2 모터(13)를 다단 압축기 유닛(1)의 가장 긴 쪽 및 이에 따라 하우징의 가장 긴 쪽의 방향에 대해 횡방향으로 배향시키는 것이 바람직하다(도 3).
일반적으로, 압축기 요소를 구동시키는 모터는 상기 압축기 요소의 옆에 압축기 요소에 연속하여 장착되는데, 그 이유는 모터가 압축기 요소의 로터를 직접 구동시킬 것이기 때문이다. 기어 변속기로 인해, 압축기 요소의 로터의 회전축이 개개의 모터의 로터의 회전을 위한 회전축으로부터 변위되긴 하지만 회전축에 평행하게 유지된다.
압축기 요소의 회전축은 도 3에 도시된 바와 같은 축(A-A')을 정의한다.
바람직하게는, 상기 제 1 압축기 단(2) 및 제 2 압축기 단(3) 중 적어도 하나는 이들 단이 정의하는 축(A-A')이 다단 압축기 유닛(1)의 가장 긴 쪽의 방향에 대해 횡방향으로 위치되도록 장착된다.
바람직하게는, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 제 1 압축기 요소(5) 및 제 1 모터(8) 그리고 제 2 압축기 요소(10) 및 제 2 모터(13)가 모두 다단 압축기 유닛(1)의 가장 긴 쪽 및 이에 따라 하우징의 가장 긴 쪽의 방향에 대해 횡방향으로 배향된다.
표준화의 이유로, 바람직하게는, 서로 다른 압축기 요소에 동일한 전기 모터가 사용된다. 보다 구체적으로, 모터의 치수가 동일한 것이 바람직하다.
전자기 호환성의 이유로, 주파수 변환기는 제 1 큐비클(cubicle)(20)에 위치될 수 있으며, 제어기 유닛(16) 및 개개의 제어 전자 장치는 제 2 큐비클(21)에 위치될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 큐비클(20, 21)은, 바람직하게는, 다단 압축기 유닛(1)의 헤드측에 서로 나란히 위치된다.
다시 말해, 장착 후, 제 1 큐비클(20)과 제 2 큐비클(21)은 하우징의 가장 긴 쪽에 대응하는 축(B-B')을 정의한다. 바람직하게는, 축(A-A')은 축(B-B')에 평행하거나 대략 평행하다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 제 2 압축기 단(3)이 제 1 압축기 단(2)과 병렬로 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 실시예에 있어서, 다단 압축기 유닛(1)을 통한 개선된 가스 유동을 위해, 제 2 압축기 단(3)이, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 압축기 단(2)에 대해 180° 회전될 수 있다. 결과적으로, 제 1 모터(8)가 제 2 압축기 요소(10)와 병렬로 장착될 것이며, 제 2 모터(13)가 제 1 압축기 요소(5)와 병렬로 장착될 것이다.
이러한 레이아웃으로 인해, 다단 압축기 유닛(1)을 통과하는 동안 가스의 경로가 짧아진다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서, 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)는 공기 냉각식 또는 액체 냉각식일 수 있다.
바람직하게는, 견고성의 이유로, 상기 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13) 중 적어도 하나는 액체 냉각식으로 형성된다.
바람직하게는, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)가 모두 액체 냉각식으로 형성된다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 상기 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13) 중 적어도 하나는 이러한 제 1 모터(8) 또는 제 2 모터(13)에 의해 각각 구동되는 제 1 압축기 요소(5) 또는 제 2 압축기 요소(10)와 동일한 액체로 냉각된다.
효율적인 냉각을 달성하며 최소 개수의 구성 요소와 연결 수단을 필요로 하는 소형 다단 압축기 유닛(1)의 경우, 동일한 액체로 냉각되는 적어도 하나의 모터(8 및/또는 13) 및 압축기 요소(5 및/또는 10)는 상기 액체를 포함하는 냉각 회로를 포함하며, 상기 냉각 회로는 이러한 모터(8 및/또는 13) 및 관련 압축기 요소(5 및/또는 10)가 연속적으로 냉각되도록 구성된다.
바람직하게는, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 각각의 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)는 상기 모터 하우징의 둘레를 따라 모터 하우징을 관통하는 냉각 채널을 포함하여, 냉각 효율을 증가시킨다.
마찬가지로, 상기 각각의 제 1 압축기 요소(5) 및 제 2 압축기 요소(10)의 압축기 하우징은 개개의 압축기 하우징의 둘레를 따라 냉각 채널을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서, 훨씬 더 소형의 다단 압축기 유닛(1)을 달성하기 위해, 상기 제 1 압축기 요소(5) 또는 제 2 압축기 요소(10) 중 적어도 하나의 압축 가스 유출구가 냉각 유닛(15)에 연결되며, 이러한 냉각 유닛(15)의 상부에 위치된다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서, 다단 압축기 유닛(1)은 제 2 압축기 단(3)과 사용자망(4) 사이의 유체 도관에 위치된 제 2 냉각 유닛(22)을 추가로 포함한다.
추가의 바람직한 실시예에 있어서, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 제 1 압축기 요소(5)는 냉각 유닛(15)의 상부에 위치되며, 제 2 압축기 요소(10)는 제 2 냉각 유닛(22)의 상부에 위치된다.
바람직하게는, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 제 1 압축기 요소(5)와 냉각 유닛(15) 사이의 연결 및/또는 제 2 압축기 요소(10)와 제 2 냉각 유닛(22) 사이의 연결은, 바람직하게는, 상기 제 1 압축기 요소(5) 및/또는 상기 제 2 압축기 요소(10)를 지지하도록 구성된다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서, 제 1 압축기 요소(5)를 구동하는 제 1 모터(8)가, 제 1 압축기 요소(5)와 함께, 냉각 유닛(15)의 상부에 위치된다.
추가로 바람직하게는, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 제 2 압축기 요소(10)를 구동시키는 제 2 모터(13) 및 제 2 압축기 요소(10)가 제 2 냉각 유닛(22)의 상부에 위치된다.
바람직하게는, 반드시 그런 것은 아니지만, 상기 각각의 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)의 냉각 유출구는 상기 냉각 유닛(15) 또는 제 2 냉각 유닛(22)의 각각의 냉각 유입구에 연결되며, 또는 상기 각각의 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)의 냉각 유입구는 상기 냉각 유닛(15) 또는 제 2 냉각 유닛(22)의 각각의 냉각 유출구에 연결된다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서, 상기 제 1 압축기 요소(5) 및/또는 상기 제 2 압축기 요소(10) 중 하나와 냉각 유닛(15) 사이의 연결은 연결부(28)에 의해 실현되며, 상기 연결부(28)는 이러한 제 1 압축기 요소(5) 또는 제 2 압축기 요소(10)를 지지하도록 구성된다.
본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예에 있어서, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 상기 제 1 압축기 요소(5) 또는 제 2 압축기 요소(10) 중 적어도 하나는 제 2 연결부에 의해 개개의 제 1 모터(8) 또는 제 2 모터(13)에 연결되며, 상기 제 2 연결부는 이러한 제 1 압축기 요소(5) 또는 제 2 압축기 요소(10)를 지지하도록 구성된다. 이러한 레이아웃을 채택함으로써, 본 발명에 따른 다단 압축기 유닛(1)은 매우 소형이다. 더욱이, 서로 다른 구성 요소에 대한 쉽고 표준화된 접근을 통해 용이한 유지 관리 절차가 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 다단 압축기 유닛(1)은 제 1 모터(8)에 의해 및/또는 제 2 모터(13)(도시하지 않음)에 의해 구동되는 2 개 이상의 압축기 요소를 포함할 수 있다.
일 예로서, 제 1 압축기 단(2)은 상기 제 1 압축기 요소(5) 및 이 제 1 압축기 요소(5)와 직렬로 또는 병렬로 연결된 적어도 하나의 추가의 압축기 요소(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
마찬가지로, 제 2 압축기 단(3)은 적어도 하나의 추가의 압축기 요소(도시하지 않음)와 직렬로 또는 병렬로 연결된 상기 제 2 압축기 요소(10)를 포함할 수 있다.
다른 가능성으로서, 다단 압축기 유닛(1)이 제 1 사용자망으로의 연결부를 포함하며, 제 1 사용자망은, 예를 들어, 제 1 압축기 단(2)의 압축 가스 유출구(7)로부터 분기된 연결부로부터 압축 가스를 수용한다.
반면에, 제 2 압축기 단(3)의 압축 가스 유출구(12)로부터 분기된 연결부로부터 압축 가스는 다른 사용자망이 수용할 것이다.
다단 압축기 유닛(1)의 기능은 매우 간단하며 아래와 같다.
다단 압축기 유닛(1)의 전원이 켜지고, 사용자망(4)에서의 수요가 충족되도록 제어기 유닛(16)에 의해 선택된 개개의 속도로 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)가 제 1 기어 변속기(9)를 통해 제 1 압축기 요소(5)의 로터를 회전시키며 제 2 기어 변속기(14)를 통해 제 2 압축기 요소(10)의 로터를 회전시킨다.
바람직하게는, 제 1 압축기 단(2)의 압축 가스 유출구(7)가 냉각 유닛(15)의 유입구에 연결되며, 냉각 유닛(15)의 가스 유출구가 제 2 압축기 요소(10)의 유입구(11)에 연결된다.
도 7의 단계(100)에서, 제 1 압축기 단(2)의 압축 가스 유출구(7) 및 제 2 압축기 단(3)의 압축 가스 유출구(12)에서의 압력이 각각 제 1 압력 센서(23) 및 제 2 압력 센서(24)에 의해 측정되어, 제 3 통신 링크(19)를 통해 제어기 유닛(16)으로 전송된다.
본 발명에 따른 실시예에 있어서, 제어기 유닛(16)은, 바람직하게는, 제 2 압축기 단(3)의 압축 가스 유출구(12)에서 측정된 압력에 기초하여 제 1 모터(8)의 회전 속도를 조절할 수 있으며, 제 1 압축기 단(2)의 압축 가스 유출구(7)에서 측정된 압력에 기초하여 제 2 모터(13)의 회전 속도를 조절할 수 있다.
단계(101)에서, 제어기 유닛(16)은 단계(124)로부터의 제 2 압축기 단(3)의 압축 가스 유출구(12)에서 측정된 압력을 단계(102)로부터의 제 1 압력 기준과 비교할 것이다. 제 1 기준 압력은 제 2 압축기 요소(10)의 압축 가스 유출구(12)에서 요구되는 압력 및 따라서, 사용자망(4)에서 원하는 압력에 해당한다.
비교 결과 두 개의 값이 서로 다른 것으로 밝혀지면, 단계(103)에서, 제어기 유닛(16)이 제 1 모터(8)의 회전 속도를 결정한다. 제어기 유닛(16)은 전기 신호를 생성하여 제 1 통신 링크(17)를 통해 제 1 압축기 단(2)의 주파수 변환기로 전송하여, 제 1 모터(8)의 회전 속도를 조절한다(단계(104)).
제 1 압력 기준(102)에 기초하여, 단계(105)에서, 제어기 유닛(16)은 설계 과정에서 결정된 다단 압축기 유닛(1)의 기능 패턴을 고려함으로써 냉각 유닛(15)의 레벨에서의 제 2 압력 기준(104)을 확인한다.
물론, 제어기 유닛(16)은 산출을 수행할 수 있는 처리 유닛(도시하지 않음) 및 상이한 데이터 및 산출치가 기억될 수 있는 메모리 유닛(도시하지 않음)을 포함한다.
바람직하게는, 다단 압축기 유닛(1)의 기능상 패턴은 압축기 유닛(1)이 공장에서 출고되기 전에 메모리 유닛에 저장될 수 있으며, 또는 압축기 유닛(1)이 공장에서 출고된 후 임의의 시점에 저장될 수 있다.
이어서, 단계(123)에서, 확인된 제 2 압력 기준(단계(104))이 제 1 압축기 단(2)의 압축 가스 유출구(7)에서 측정된 압력과 비교된다. 비교 결과 두 개의 값이 서로 다른 것으로 밝혀지면, 바람직하게는, 단계(106)에서, 제어기 유닛(16)이 제 2 모터(13)의 회전 속도를 결정한다. 단계(107)에서, 제어기 유닛(16)이 전기 신호를 생성하여 제 2 통신 링크(18)를 통해 제 2 압축기 단(3)의 주파수 변환기로 전송하여, 제 2 모터(13)의 회전 속도를 조절한다.
회전 속도를 조절함으로써, 제어기 유닛(16)에 의해 생성된 전기 신호에 의해 개개의 주파수 변환기가 제 1 압력 기준 및/또는 제 2 압력 기준을 달성하도록 제 1 모터(8) 또는 제 2 모터(13)의 회전 속도를 각각 증가시킬지 감소시킬지가 결정된다는 것을 이해하여야 한다.
제 2 압력 기준은, 바람직하게는, 제 1 압축기 단(2)과 제 2 압축기 단(3) 사이의 평형 상태가 유지되도록 제어기 유닛(16)에 의해 선택된다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 제어기 유닛(16)은 제 1 모터(8) 및/또는 제 2 모터(13)의 필요한 회전 속도를 결정하기 위한 비례 적분(PI) 제어기를 포함한다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서, 제어기 유닛(16)은 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)의 각각의 속도를 결정하는 데 각각 사용되는 2 개의 PI 제어기를 포함할 수 있다.
단계(103, 106)에서, 이들 제어기는 산출을 수행한다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 있어서, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 단계(108)에서, 방법은 제 1 모터(8)의 회전 속도를 미리 정의된 게인(gain)과 곱함으로써 제 2 모터(13)의 회전 속도를 조절하는 단계를 추가로 포함한다.
미리 정의된 게인은 다단 압축기 유닛(1)의 기능상 패턴으로부터 결정된다.
또 다른 실시예에 있어서, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 방법은, 다단 압축기 유닛(1)의 측정치를 고려하는 PI 제어기에 의해 산출된 결정 게인에 이상적인 상황에 대응하는 미리 정의된 게인을 더하여 산출되는, 산출 게인과 제 1 모터(8)의 회전 속도를 곱함으로써 제 2 모터(13)의 회전 속도를 조절하는 단계를 추가로 포함한다.
미리 정의된 게인은 이상적인 상황에 따른 또한 다단 압축기 유닛(1)의 이론상 산출 모델에 기초한 다단 압축기 유닛(1)의 거동을 고려하여 사용자망(4)에서 원하는 압력과 제 1 모터(8)의 회전 속도의 함수로서 산출된다.
반면에, 결정 게인은 다단 압축기 유닛(1)의 실제 거동을 고려하여 제 1 모터(8)의 회전 속도와 사용자망(4)에서 원하는 압력의 함수로서 산출된다.
이러한 방법을 구현함으로써, 제 2 모터(13)의 회전 속도의 보다 정확한 결정이 수행된다. 이에 따라, 다단 압축기 유닛(1)의 평형 상태가 그 기능 동안 유지된다.
다단 압축기 유닛(1)의 설계에 따라, 상기 다단 압축기 유닛(1)은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 임의의 조합으로 본 명세서에 제시된 일부 또는 심지어 모든 기술적 특징을 포함할 수 있다.
기술적 특징에는, 적어도, 압축기 단 사이의 직렬 연결, 각각의 압축기 단에 포함된 압축기의 개수, 및 그 연결부, 제 1 및 제 2 압축기 요소(5, 10)가 오일이 없거나 오일이 주입되는 방식의 스크류 압축기 요소 또는 톱니형 압축기 요소로서 선택될 수 있다는 점, 각각의 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)가 주파수 변환기를 포함한다는 점, 기능상 패턴의 사용, 압력에 대한 질량 유량의 표현의 사용, 제 1 모터(8) 또는 제 2 모터(13) 중 적어도 하나는 전기 모터이며, 전기 모터 중 적어도 하나는 가변 속도 구동(VSD) 모터라는 점, 개개의 냉각 유닛(15 및/또는 22)의 상부 상에 압축기 요소 및 모터가 위치되는 점, 다단 압축기 유닛(1)이 냉각 유닛(15), 제 2 냉각 유닛(22), 제어기 유닛(16), 제 1 통신 링크(17), 제 2 통신 링크(18), 제 1 압력 센서(23), 제 1 온도 센서(25), 제 2 압력 센서(24), 제 2 온도 센서(26), 제 3 통신 링크(19), 제 4 통신 링크(27), 연결부(28) 등을 포함한다는 점이 포함된다.
본 발명이 위에 논의되고 도면에 도시된 예로 제한되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 다단 압축기 유닛은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 모든 형태 및 치수로 구현될 수 있다.

Claims (29)

  1. 유입구(6) 및 압축 가스 유출구(12); 적어도 제 1 기어 변속기(9)를 통해 제 1 모터(8)에 의해 구동되는 제 1 압축기 요소(5)를 포함하는 제 1 압축기 단(2); 별도의 제 2 기어 변속기(14)를 통해 제 2 모터(13)에 의해 구동되는 제 2 압축기 요소(10)를 포함하는 제 2 압축기 단(3)을 포함하는 다단 압축기 유닛(1)으로서,
    상기 제 1 기어 변속기(9) 및 상기 제 2 기어 변속기(14) 각각은 해당 제 1 모터(8) 또는 제 2 모터(13)에 연결된 구동 기어 및 증배기로 구성된 피동 기어를 포함하며, 각각의 상기 피동 기어는 해당 제 1 압축기 요소(5) 또는 제 2 압축기 요소(10)의 로터의 샤프트에 연결되며,
    상기 제 1 모터(8) 및 상기 제 2 모터(13)는 제 1 압축기 단(2) 및 제 2 압축기 단(3)을 개별적으로 구동시키도록 구성되는 것인 다단 압축기 유닛(1)에 있어서,
    상기 제 1 기어 변속기(9) 및 상기 제 2 기어 변속기(14) 중 하나의 구동 기어와 피동 기어 사이의 기어비가 2 내지 6의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기 요소(5) 또는 상기 제 2 압축기 요소(10)를 빠져 나가는 압축 가스를 냉각하기 위한 냉각 유닛(15)
    을 추가로 포함하는 다단 압축기 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 1 통신 링크(17)를 통해 제 1 모터(8)에 연결되며 제 2 통신 링크(18)를 통해 제 2 모터(13)에 연결되는 제어기 유닛(16)
    을 추가로 포함하는 다단 압축기 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다단 압축기 유닛(1)은, 제 1 압축기 요소(5)의 압축 가스 유출구(7)에 위치된 제 1 압력 센서 및/또는 제 1 온도 센서, 그리고 제 2 압축기 요소(10)의 압축 가스 유출구(12)에 위치된 제 2 압력 센서 및/또는 제 2 온도 센서를 포함하며, 상기 제어기 유닛(16)은 제 3 통신 링크(19)를 통해 상기 압력 센서(들) 및/또는 온도 센서(들)로부터 측정 데이터를 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 모터(8) 또는 상기 제 2 모터(13) 중 적어도 하나는 전기 모터인 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기 모터는 VSD 모터인 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 모터(8) 및/또는 상기 제 2 모터(13) 중 적어도 하나는 공칭 전력(kW 단위)과 공칭 속도(rpm 단위)의 제곱을 곱한 값이 0.0006 × 10E12 내지 0.025 × 10E12 의 범위에 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터 중 적어도 하나는 최대 전력(kW 단위)과 최대 속도(rpm 단위)의 제곱을 곱한 값이 0.0006 × 10E12 내지 0.025 × 10E12 의 범위에 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기 요소(5, 10) 중 적어도 하나 및 이러한 적어도 하나의 압축기 요소(5, 10)를 구동시키는 모터(8, 13)가 다단 압축기 유닛(1)의 가장 긴 쪽의 방향에 대해 횡방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 전기 모터는 치수가 동일하거나 기본적으로 동일한 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다단 압축기 유닛(1)은 하나 이상의 주파수 변환기를 포함하는 제 1 큐비클(20) 및 제어 전자 장치를 포함하는 제 2 큐비클(21)을 추가로 포함하며, 상기 제 1 큐비클(20)과 상기 제 2 큐비클(21)은 서로 별개인 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 큐비클(20)과 상기 제 2 큐비클(21)은 다단 압축기 유닛(1)의 헤드측에 서로 나란히 위치되는 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 모터(8) 및/또는 상기 제 2 모터(13) 중 적어도 하나는 액체 냉각식인 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 모터(8) 또는 상기 제 2 모터(13) 중 적어도 하나는, 이러한 제 1 모터(8) 또는 제 2 모터(13)에 의해 구동되는 제 1 압축기 요소(5) 또는 제 2 압축기 요소(10)와 동일한 액체로 냉각되는 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  15. 제 14 항에 있어서,
    동일한 액체로 냉각되는 적어도 하나의 모터(8, 13)와 압축기 요소(5, 10)는 상기 액체를 포함하는 냉각 회로를 포함하며, 상기 냉각 회로는 이러한 모터(8, 13)와 관련 압축기 요소(5, 10)가 연속적으로 냉각되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기 요소(5) 또는 상기 제 2 압축기 요소(10) 중 적어도 하나의 압축 가스 유출구(7, 12)는 냉각 유닛(15)에 연결되며, 이러한 냉각 유닛(15)의 상부에 위치되는 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기 요소(5) 및/또는 상기 제 2 압축기 요소(10) 중 하나와 냉각 유닛(15) 사이의 연결이 연결부(28)에 의해 실현되며, 상기 연결부(28)는 이러한 제 1 압축기 요소(5) 또는 제 2 압축기 요소(10)를 지지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    제 1 압축기 요소(5)를 구동시키는 제 1 모터(8)는, 제 1 압축기 요소(5)와 함께, 냉각 유닛(15) 및/또는 제 2 압축기 요소(10)를 구동시키는 제 2 모터(13)의 상부에 위치되며, 제 2 압축기 요소(10)는 제 2 냉각 유닛(22)의 상부에 위치되는 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기 요소(5) 또는 상기 제 2 압축기 요소(10) 중 적어도 하나는 제 2 연결부에 의해 해당 제 1 모터(8) 또는 제 2 모터(13)에 연결되며, 상기 제 2 연결부는 이러한 제 1 압축기 요소(5) 또는 제 2 압축기 요소(10)를 지지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기 요소(5) 또는 상기 제 2 압축기 요소(10) 중 적어도 하나와 연속적으로 냉각되는 상기 제 1 모터(8) 또는 상기 제 2 모터(13) 중 적어도 하나의 냉각 유출구가 냉각 유닛(15, 22)의 냉각 유입구에 연결되는 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기 요소(5) 또는 상기 제 2 압축기 요소(10) 중 적어도 하나와 연속적으로 냉각되는 상기 제 1 모터(8) 또는 상기 제 2 모터(13) 중 적어도 하나의 냉각 유입구가 냉각 유닛(15, 22)의 냉각 유출구에 연결되는 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다단 압축기 유닛(1)은 오일이 없는 스크류 압축기 유닛인 것을 특징으로 하는 다단 압축기 유닛.
  23. 적어도 제 1 압축기 요소(5)와 제 2 압축기 요소(10), 그리고 별개인 제 1 기어 변속기(9)와 제 2 기어 변속기(14)를 통해 상기 제 1 압축기 요소(5) 및 제 2 압축기 요소(10) 중 해당 압축기 요소를 각각 개별적으로 구동시키기 위한 적어도 제 1 모터(8) 및 제 2 모터(13)를 포함하는 다단 압축기 유닛으로서,
    상기 제 1 기어 변속기 및 상기 제 2 기어 변속기(14) 각각은 상기 제 1 모터(8) 또는 상기 제 2 모터(13) 중 해당 모터에 연결되는 구동 기어, 그리고 상기 제 1 압축기 요소(5) 또는 상기 제 2 압축기 요소(10) 중 하나의 로터의 샤프트에 연결되는 피동 기어를 포함하며,
    상기 제 1 기어 변속기(9) 및 상기 제 2 기어 변속기(14) 중 하나의 구동 기어의 치형부의 개수와 피동 기어의 치형부의 개수 사이의 비율이 2 내지 6의 범위에 있는 것인 다단 압축기 유닛.
  24. 제 1 압축기 요소(5)를 포함하는 제 1 압축기 단(2)을 제공하며, 제 1 기어 변속기(9)를 통해 제 1 모터(8)에 의해 상기 제 1 압축기 요소(5)를 구동시키는 단계;
    제 2 압축기 요소(10)를 포함하는 제 2 압축기 단(3)을 제공하며, 별개의 제 2 기어 변속기(14)를 통해 제 2 모터(13)에 의해 제 1 압축기 요소(5)와 별개로 상기 제 2 압축기 요소(10)를 구동시키는 단계;
    상기 제 1 기어 변속기(9) 및 상기 제 2 기어 변속기(14) 각각의 구동 기어를 각각 제 1 모터(8) 또는 제 2 모터(13)에 연결하는 단계;
    상기 제 1 기어 변속기(9) 및 상기 제 2 기어 변속기(14) 각각의 피동 기어를 각각 상기 제 1 압축기 요소(5) 또는 상기 제 2 압축기 요소(10)의 로터의 샤프트에 연결하는 단계
    를 포함하는, 다단 압축기 유닛(1)의 모터의 회전 속도를 조절하기 위한 방법으로서,
    상기 제 1 기어 변속기(9) 및 상기 제 2 기어 변속기(14) 중 하나의 구동 기어와 피동 기어 사이의 기어비를 2 내지 6의 범위로 설정하는 단계
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회전 속도를 조절하기 위한 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    제 1 압축기 단(2)의 압축 가스 유출구(7)를 냉각 유닛(15)의 유입구에 연결하며 냉각 유닛(15)의 가스 유출구를 제 2 압축기 단(3)의 유입구(11)에 연결하며, 제 1 압축기 단(2)의 압축 가스 유출구(7)에서 그리고 또한 제 2 압축기 단(3)의 압축 가스 유출구(12)에서 압력을 측정하는 단계
    를 추가로 포함하는 모터의 회전 속도를 조절하기 위한 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    제 2 압축기 단(3)의 압축 가스 유출구(12)에서 측정된 압력에 기초하여 제 1 모터(8)의 회전 속도를 조절하며 제 1 압축기 단(2)의 압축 가스 유출구(7)에서 측정된 압력에 기초하여 제 2 모터(13)의 회전 속도를 조절하는 단계
    를 추가로 포함하는 모터의 회전 속도를 조절하기 위한 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    제 2 압축기 단(3)의 압축 가스 유출구(12)에서의 측정 압력을, 다단 압축기 유닛(1)의 압축 가스 유출구에서의 필요 압력에 해당하는 제 1 압력 기준과 비교하며, 비교 결과 두 개의 값이 서로 다르면, 제 1 모터(8)의 회전 속도를 조절하는 단계; 및/또는
    제 1 압축기 단(2)의 압축 가스 유출구(7)에서의 측정 압력을, 냉각 유닛(15)의 레벨에서의 원하는 압력 값에 해당하는 제 2 압력 기준과 비교하며, 비교 결과 두 개의 값이 서로 다르면, 제 2 모터(13)의 회전 속도를 조절하는 단계
    를 추가로 포함하는 모터의 회전 속도를 조절하기 위한 방법.
  28. 제 25 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    미리 정의된 게인(gain)과 제 1 모터(8)의 회전 속도를 곱함으로써 제 2 모터(13)의 회전 속도를 조절하는 단계
    를 추가로 포함하는 모터의 회전 속도를 조절하기 위한 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 다단 압축기 유닛(1)의 측정치를 고려하는 PI 제어기에 의해 산출된 결정 게인에 이상적인 상황에 해당하는 미리 정의된 게인을 더하여 산출된 산출 게인과 제 1 모터(8)의 회전 속도를 곱함으로써, 제 2 모터(13)의 회전 속도를 조절하는 단계
    를 추가로 포함하는 모터의 회전 속도를 조절하기 위한 방법.
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