TWI397632B - 壓縮機單元之改良 - Google Patents

Description

壓縮機單元之改良

本發明有關壓縮機單元之改良，且特別有關一具有壓縮機、控制器及空氣攝入件分離段之模組化壓縮機單元。

無油壓縮機通常係包含一單階或多階壓縮機、一馬達及一齒輪箱以驅動壓縮機及控制器來操作壓縮機。無油壓縮機亦可包含用於導引一冷卻空氣流之部件。迄今，壓縮機單元的設計已經取決於單元的組件及其操作，而鮮少考量整體單元的設計。因此之故，單元通常未對於噪音作最適化且通常不便於處置、運送及維修。

因此，本發明之一目的係在於改良一壓縮機單元的整體設計以克服這些缺點。

因此，本發明提供一包含三個分離鄰接段之模組化壓縮機單元，該等鄰接段係身為一攝入段、一壓縮段及一控制段；其中攝入段包含空氣攝入部件，其提供一用於使環室空氣被壓縮且用於冷卻壓縮機馬達之入口，並包含濾器以過濾進入攝入部件之空氣；噪音衰減部件，其設置於其攝入部件中；及用於將空氣導引至壓縮段中的組件之部件；壓縮段包含一壓縮機、一馬達，其配置為驅動壓縮機及冷卻經壓縮空氣、馬達且從壓縮段移除熱量所需要之單元內的所有組件；且其中控制段係容置用於操作壓縮機單元之所有控制部件。

壓縮機單元的模組化設計係對於無油壓縮機單元為獨特。其他壓縮機皆無類似的佈局，且許多壓縮機未被包裝。

模組化設計提供下列優點：縮放－模組化設計可容許模型尺寸大小被容易地縮放。組裝程序對於所有模型皆相同，但組件將只是一不同尺寸。

裝設－模組化設計係能夠使所有維修物(水、總管道等)設置於單元10的相同側上，這對於壓縮機裝設中降低裝設空間而言非常重要。

組裝－單元的分離段可分離地組裝，藉由累積次總成及降低等待組件的停工時間使得組裝製程更快且更容易。

冷卻－單元的冷卻提供兩項優點。控制段及壓縮段的模組化設計係能夠使用單一冷卻流。若該單元並非模組化，則控制段的冷卻將分開地達成，代表較多排放出口及殼體中的額外攝入，加上有額外的風扇。

噪音－當殼體處於位置中，壓縮機的噪音位準對於一可相提並論的壓縮機而言係顯著地降低。本發明的模組化設計對於此作用具有關鍵性，原因在於所有不同噪音源皆位於一段中，故能夠採行特定措施來盡量降低對於外界的噪音傳輸。各個個別段具有其本身可被分開應付的噪音特徵。藉由將壓縮段嵌夾在攝入與控制段之間將能夠包圍所有高噪音項目而無任何對於單元外部之直接開口，這基於其他理由在其他段中是必要的。

圖式簡單說明

現在將參照圖式且如圖示僅藉由範例來描述本發明，其中：第1圖為根據本發明之一壓縮機單元的立體圖；第2及3圖為第1圖的壓縮機單元之相對側視圖，其中為了清楚起見使壓縮段的側覆蓋面板被移除且部分組件被移除；第4圖為第1圖的壓縮機單元之平面圖，其中攝入及壓縮段的頂覆蓋面板被移除；第5圖為第1圖的壓縮機單元之端視圖，其中攝入段的端覆蓋面板被移除；及第6圖為第1圖的壓縮機單元之相對端視圖，其中控制段的門及端覆蓋面板被移除。

先參照第1圖，根據本發明的壓縮機單元10包含三個不同段；攝入段11、壓縮段12及控制段13。利用三個不同段11、12、13係可准許生成一本身可導致容易製造、裝設、運送及維修之模組化設計。其亦可使設計容易隨著壓縮機範圍的不同輸入功率(kW)額定值依需要作縮放。單元10的三段11、12、13被整體地包封於一殼體內，其包含附接至一支撐框架之一數量的可移除側，端及屋頂覆蓋面板/門。

壓縮段12

參照用於顯示壓縮段12內側之第2、3及4圖，壓縮機(未圖示)係為壓縮段12的主組件且包含一可變高速馬達及二階壓縮機，其與無油軸承合併為單一單元。

除了壓縮機外，單元10的壓縮段12係含有馬達，冷卻經壓縮空氣且從段12本身移除熱量所需要之所有從屬項目。從屬項目係為一冷卻鼓風機(未圖示)，一通氣風扇49，冷卻器16、19，一水迴路及一排洩迴路。

被壓縮機的第一階所壓縮之空氣係經由其排出部(未圖示)離開壓縮機並流經第一階冷卻器入口歧管17且進入冷卻器而在其中於進入壓縮機的第二階之前被冷卻。此冷卻器在下文中稱為中間冷卻器16。空氣係經由第二階冷卻器歧管21離開中間冷卻器16且進入第二階。處於最終輸送壓力之經壓縮空氣係離開第二階且導引至後冷卻器19的一入口18。該空氣在經由空氣排出部20通過一止回閥(NRV)且進入客戶的供應部內而離開單元10之前係被後冷卻器19冷卻。當壓縮機被停止或“脫載(offload)”時，NRV防止來自客戶的系統之空氣重新進入迴路。

對於常用這些類型壓縮機之傳統的殼及管冷卻器而言，中間冷卻器16及後冷卻器19具有不同設計。其更為緊實且因此能夠使用本發明的安裝配置。

當壓縮機停止、或“脫載”時，已被壓縮機所壓縮之殘留空氣必須被排出至大氣以釋放壓縮機單元10中的壓力。為了能有此作用，一螺線管閥(未圖示)設置於位居NRV前之輸送硬管上。此閥係隨控制器所產生之一信號而開啟且可容許空氣流經一排放靜音器進入攝入段11中。閥保持開啟直到產生一使其再度關閉之信號為止，亦即當壓縮機回到“承載(onload)”時。

馬達通常被水及/或空氣冷卻且冷卻空氣係由一適當馬達冷卻鼓風機所提供且被排放，連同來自壓縮製程的任何洩漏空氣，經過兩排放管。這些管係與一馬達空氣排放箱51呈現直列。其係為一經特定設計以移除壓縮機所產生的任何噪音且將冷卻流以最小損失導引至壓縮機單元外部10之箱。其含有不同經特定設計的擋板及聲音衰減材料以達成此作用。較佳地，馬達空氣排放箱51係為一泡綿襯墊式片金屬箱，其具有一特定形狀以移除對於排放埠的視線且在排放空氣離開殼體屋頂面板63之前盡量大幅地消除聲音能，該等檔板已被設計為與箱相連，藉以不但消除噪音，亦輔助空氣流使得壓降保持在指定極限內。

馬達冷卻鼓風機較佳直接地安裝至後冷卻器19且直接地來到馬達冷卻空氣入口歧管上。

冷卻水係經由一水攝入件27進入壓縮機單元10且必須初始穿過一只隨啟動時一來自壓縮機的信號而開啟之螺線管閥(未圖示)。水隨後流至一水入口歧管，其用於將流配送至需要冷卻水的所有區域，亦即馬達、中間冷卻器16、後冷卻器19及可變速驅動器。對於這些組件的水流係由水出口歧管28中的一孔口所控制，其然後將水傳送回到壓縮機外。

壓縮機經由冷卻器歧管17、21安裝在中間冷卻器16上。除了通氣風扇外之壓縮段12的所有組件係安裝於一坐在防振動安裝座23上之次基底22上。第一階入口硬管24及第二階排出硬管較佳係為撓性連接，其可容許部分運動且容許總成的製造公差。

壓縮機安裝具有獨特的配置，原因在於其安裝在中間冷卻器歧管17、21上的第一階排放及第二階攝入凸緣之間且馬達懸掛於中間。凸緣可容許熱膨脹，故不需要較佔體積且昂貴的膨脹接合部。

壓縮機的安裝及歧管17、18的設計亦代表壓縮機被懸掛，其提供對於壓縮機及冷卻器16、19之容易的維修近接。本發明的單元10已被特定地設計來提供此優點。

壓縮機單元殼體的框架係包含側軌60、中心軌61及柱64，並提供支撐壓縮機重量之結構。水平側軌60位於殼體頂部且在任一端附接至攝入段11及控制段13。中心軌61附接至各側軌60且支撐屋頂面板63。

亦利用支撐屋頂覆蓋面板63之中心軌61經由適當附接部件在任一端自其經安裝位置頂住壓縮機。壓縮機直接地安裝於經特殊設計的歧管上，其連接至中間冷卻器16。若不用傳統的殼或管冷卻器，中間冷卻器16具有一便利於此安裝配置之特殊設計。利用部分類型的無油軸承將由於系統實質無振動而可以使此安裝配置成立。

利用此方式來安裝壓縮機將具有下列優點：．容易組裝－總成只有兩連接件以供安裝。整體壓縮段12因此可製成一次總成且隨後放入單元10中。

．緊實設計－第二階冷卻器歧管及第二階入口之合併設計係不再需要軸向地進入第二階中之一長段長度的直線狀硬管。

．成本－只需要一簡單墊片或O環來密封凸緣連接件，故這比一複雜耦合件更便宜。對於壓縮機並無安裝足部所以不需要額外架構來安裝馬達。由於壓縮機身為壓縮段12的部份，整體總成受到隔離，免除對於壓縮機的分離隔離器之成本。

．維修－由於壓縮機只經由第一階排出部及第二階入口凸緣被安裝至中間冷卻器歧管17、21，這使得壓縮機的排出硬管能夠被移除以供近接轉子且亦容許冷卻器16、19被移除以供清理。先前技藝壓縮機並未利用此方式被支撐以供容易維修。一人可頂住壓縮機，且不需要重揚升設備來懸掛壓縮機。可依需要規律地檢驗組件，且可容易地更換組件。這代表單元10可設置於遠比先前技藝壓縮機更小之區域中。

這是對於壓縮機之一獨特配置。在一冷卻器頂上安裝有一空氣端/馬達單元之先前技藝配置中，這將需要位於第一階排出部及第二階攝入件上之撓性連接件且馬達經由足部被安裝在冷卻器頂上。

各上述特徵結構係有助於發明性配置之密實本質。

攝入段11

攝入段11提供用於使壓縮機將空氣抽入單元10內之部件。空氣初始地穿過一位於一攝入導管31外部之粗糙過濾網目30，如第3及5圖所示。攝入導管31具有一噪音衰減擋板32，其經過特殊設計以移除壓縮機攝入噪音而不降低空氣流或增加壓降。空氣被抽取經過攝入導管31且進入攝入室33中其中空氣隨後被抽過兩空氣攝入濾器34。空氣攝入濾器34附接至一充氣室35底側而具有充足周遭空間來輔助維修操作。對於壓縮機之第一階攝入件係經由一橡膠連接器附接至一攝入喇叭口36，且喇叭口36附接於充氣室35內部。空氣經由喇叭口36流入第一階中，其將均勻空氣流提供至壓縮機的第一階中。

用於壓縮機馬達之冷卻空氣亦在穿過攝入導管31中的一間隙之前被抽過粗糙過濾網目30，經過一次級濾器37且進入容置於壓縮段12中之冷卻空氣鼓風機內。

控制段13

控制段13含有控制壓縮機14所需要之所有電性組件。如第6圖所示，此段13被細分成三個次段，一入進電源供應段40，一可變速驅動段41及一輔助組件段42。

作為一安全要件，入進主電力係在其配送至電路的其餘部分之前穿過第一次段40中的一隔離開關43。其隨後穿過一EMC(電磁相容性)濾器44至一線反應器且進入被容置於第二次段41中之可變速驅動器45內。在EMC濾器44與線反應器之間除去對於輔助組件之供應以對於第三次段42中的控制變壓器、軸承控制器、接觸器及使用者介面供應功率。

輔助組件段42及入進電源供應段40具有可開啟的門46(請見第1圖)但可變速驅動段41經由一揚升除去端面板47被近接。這係有助於控制EMC發射。

控制段13係被經由位居段13的兩鉸鏈式近接門46頂部處之兩外部濾器48抽入的空氣所冷卻。該空氣係藉由指狀保護防護物(finger protection guards)來導引通過段13，而該指狀保護防護物已被設計成亦可輔助噪音降低。控制段13具有可容許空氣流動於入進電源供應段40、可變速驅動段41、及輔助組件段42之間以依需要冷卻組件之不同開口。這些開口具不同尺寸以將正確空氣量導引至控制段13的不同部份且然後經過開口46進入壓縮段12內。

一位居單元10的相對端之通氣風扇49(請見第4圖)係經由外部濾器48將空氣抽入單元10內，經過控制段13，於經由導管50離開單元20之前進入壓縮段12內(請見第1圖)，該導管50係位居攝入充氣室35上方。此空氣係被作為一冷卻/噪音衰減擋板的排放箱51導引以將空氣抽引於壓縮段12中的熱表面上方且因此使單元10內的溫度保持在一可接受位準。

擋板亦設置於控制段12中，其具有四項功能：1)衰減任何可能通過外部濾器48之噪音；2)藉由將空氣流導引於段13中的正確組件上方來輔助單元10冷卻；3)幫助EMC篩選；及4)保護使用者不受電擊且符合電性安全規範。

遠端監測

單元10可設有一遠端監測設施。這使維修排程呈現動態所以只在需要時才更換組件，故有助於環境議題及產品生命週期成本。其亦能夠作出可縮短壓縮機停工時間之遠端故障診斷。

由於可遠端式監測所有溫度及壓力，可免除壓縮機的消耗性元件之設定維修排程。利用此設施，可以決定組件何時需要更換或清理。一控制器不斷地監測特定參數，且可遠端地抽取資料檔案。可分析此資料以決定何時更換濾器或清理冷卻器。

遠端監測的優點如下：對於壓縮機-若單元10在一髒污環境中操作，可能需要以一較規律基礎來更換濾器。這防止機器效率降低到指定位準以下且延長壓縮壽命。

對於客戶-若單元10使用於一潔淨環境中，只依需要並在需要時更換可消耗項目，故降低壓縮機的維修成本及停工時間以供清理。

對於環境-只依需要並在需要時更換項目，且只在需要時才使用用於清理冷卻器16、19之化學物。

運送

次基底22的設計及安裝配置部件的設計係代表運送期間唯一需被支撐的組件為壓縮機。供次基底22使用之防振動安裝座23並不需要任何附接件以隔離運送期間的運動，其使得運送顯著地更容易。

10．．．壓縮機單元

11．．．攝入段

12．．．壓縮段

13．．．控制段

14．．．壓縮機

16．．．中間冷卻器

17．．．第一階冷卻器入口歧管

18．．．入口

19．．．後冷卻器

20．．．空氣排出部

21．．．第二階冷卻器歧管

22．．．次基底

23．．．防振動安裝座

24．．．第一階入口硬管

27．．．水攝入件

30．．．粗糙過濾網目

31．．．攝入導管

32．．．噪音衰減擋板

33．．．攝入室

34．．．空氣攝入濾器

35．．．充氣室

36．．．攝入喇叭口

37．．．次級濾器

40．．．入進電源供應段

41．．．可變速驅動段

42．．．輔助組件段

43．．．隔離開關

44．．．EMC濾器

45．．．可變速驅動器

46．．．可開啟的門,鉸鏈式近接門

47．．．揚升除去端面板

48．．．外部濾器

49．．．通氣風扇

50．．．導管

51．．．馬達空氣排放箱

60．．．側軌

61．．．中心軌

63．．．屋頂覆蓋面板,殼體屋頂面板

64．．．柱

第1圖為根據本發明之一壓縮機單元的立體圖；第2及3圖為第1圖的壓縮機單元之相對側視圖，其中為了清楚起見使壓縮段的側覆蓋面板被移除且部分組件被移除；第4圖為第1圖的壓縮機單元之平面圖，其中攝入及壓縮段的頂覆蓋面板被移除；第5圖為第1圖的壓縮機單元之端視圖，其中攝入段的端覆蓋面板被移除；及第6圖為第1圖的壓縮機單元之相對端視圖，其中控制段的門及端覆蓋面板被移除。

10．．．壓縮機單元

11．．．攝入段

12．．．壓縮段

13．．．控制段

46．．．可開啟的門,鉸鏈式近接門

47．．．揚升除去端面板

48．．．外部濾器

63．．．屋頂覆蓋面板,殼體屋頂面板

Claims (21)

1. 一種包含三個分離鄰接段之模組化壓縮機單元，該等鄰接段係為一攝入段、一壓縮段及一控制段；其中該攝入段包含空氣攝入部件、噪音衰減部件及用於將空氣導引至該壓縮段中的組件之部件，該空氣攝入部件係提供一用於使環室空氣被壓縮且用於冷卻該壓縮機馬達之入口並包含濾器以過濾進入該攝入部件之空氣，而該噪音衰減部件係設置於其攝入部件中；該壓縮段包含一壓縮機、配置來驅動該壓縮機之一馬達及用以冷卻經壓縮空氣、該馬達且從該壓縮段移除熱量所需要之該單元內的所有組件；且其中該控制段容置用於操作該壓縮機單元之所有控制部件，其中該壓縮機和該馬達係藉由一中間冷卻器的入口及出口歧管上的凸緣安裝在該中間冷卻器上，該壓縮機係介於該等凸緣之間且該馬達係懸掛於中間。
2. 如申請專利範圍第1項之模組化壓縮機單元，其中該壓縮段係設置於該攝入段與該控制段之間。
3. 如申請專利範圍第1或2項之模組化壓縮機單元，其中該壓縮機馬達為一可變速馬達。
4. 如申請專利範圍第3項之模組化壓縮機單元，其中該可變速馬達具有一由無油軸承所支撐之馬達轉子。
5. 如申請專利範圍第1或2項之模組化壓縮機單元，其中該壓縮段包含至少一中間冷卻器及至少一後冷卻器以冷卻該經壓縮空氣。
6. 如申請專利範圍第1項之模組化壓縮機單元，其中該中間冷卻器係安裝在一次基底上，該次基底係安裝於防振動安裝座上之該單元的一基底上。
7. 如申請專利範圍第1或2項之模組化壓縮機單元，其中該壓縮機係為一具有至少一第一階及一第二階之多階壓縮機，其中一對於該第一階之入口及一來自該第二階之排出部具有用於將該壓縮機連接至該單元的其他組件之撓性部件。
8. 如申請專利範圍第1或2項之模組化壓縮機單元，其中該控制段進一步包含噪音衰減部件。
9. 如申請專利範圍第1或2項之模組化壓縮機單元，其中該單元係包封於一包含一框架及複數個可移除式覆蓋面板之殼體內。
10. 如申請專利範圍第9項之模組化壓縮機單元，其中該框架係包含任一端附接至該攝入段之水平側軌及附接至該等側軌以支撐屋頂覆蓋面板之控制段中心軌，以及位於該單元的任一縱向側上之中間柱，該等中間柱係在任一端附接至該等側軌的一下側及該殼體的一基底。
11. 如申請專利範圍第10項之模組化壓縮機單元，其中該等中心軌設有用於從該框架支撐該壓縮機以使其能夠自其安裝件被移除之部件。
12. 如申請專利範圍第1或2項之模組化壓縮機單元，進一步包含用於冷卻該單元之通氣部件，其包含進入該控制段內之空氣入口；位於該控制段與壓縮段之間的導通部 件，以使空氣能夠流入該壓縮段內；一風扇，其設置在對於該導通部件之該壓縮段的一相對端處以將空氣抽過該空氣入口及該控制段且進入該壓縮段內；及用於導引一空氣流經過該控制段及該壓縮段以冷卻位於其中的裝備之部件。
13. 如申請專利範圍第12項之模組化壓縮機單元，其中該通氣部件進一步包含位於該空氣攝入段中用以將該空氣流導引至該單元外之導管部件。
14. 如申請專利範圍第12項之模組化壓縮機單元，其中該用於導引空氣流經過控制段及壓縮段之部件包含噪音衰減部件。
15. 如申請專利範圍第12項之模組化壓縮機單元，其中該用於導引空氣流經過控制段之部件進一步包含一用於篩選電磁相容性之部件。
16. 如申請專利範圍第12項之模組化壓縮機單元，其中該用於導引空氣流經過控制段之部件進一步包含一用於保護該單元的一操作者不受電擊之部件。
17. 如申請專利範圍第1或2項之模組化壓縮機單元，其中提供用於附接一安裝樑以在該單元運送期間將該壓縮機剛性地支撐在該框架上之部件。
18. 如申請專利範圍第1或2項之模組化壓縮機單元，其中該壓縮段進一步包含一馬達空氣排放箱，以衰減來自該排放空氣的噪音。
19. 如申請專利範圍第18項之模組化壓縮機單元，其中該馬 達空氣排放箱係襯墊有一噪音衰減材料。
20. 如申請專利範圍第18項之模組化壓縮機單元，其中該馬達空氣排放箱不具有對於該單元排放埠之視線。
21. 如申請專利範圍第1或2項之模組化壓縮機單元，進一步包含用於遠端地監測該單元之部件，該監測部件包含一設置於該控制段中以監測該壓縮機的預定參數及該單元內的其他裝備之控制器、及一用於將資料傳輸至一遠端區位之部件。