螺旋式壓縮機及其運轉方法
2023-08-10 14:23:56
專利名稱：螺旋式壓縮機及其運轉方法
技術領域：
本發明涉及螺旋式壓縮機及其運轉方法，這種壓縮機是對壓縮機主體的螺旋轉子進行驅動的驅動馬達的轉速進行控制、將壓縮氣體供給到供給目標的。
背景技術：
作為已知的對構成壓縮機主體的一對陰陽螺旋轉子進行驅動的驅動馬達的轉速進行控制、將壓縮氣體供給到供給目標的螺旋式壓縮機及其運轉方法，有如圖2的方框圖所示的含有控制系統的螺旋式壓縮機結構。
下面，一邊參照圖2一邊說明上述現有例的螺旋式壓縮機的構成。即、該現有例的螺旋式壓縮機具有吸入過濾器1、經由吸入口(空氣入口)21而將大氣中的空氣吸入的壓縮機主體2、把從該壓縮機主體2的排出口22排出的壓縮氣體(壓縮空氣)供給到未圖示的空氣供給目標的壓縮空氣供給流路3。下面、將上述壓縮空氣供給流路3中的比壓縮機主體2的排出口22更靠近下遊側的部分簡稱為排出流路。
上述壓縮機主體2的未圖示的螺旋轉子藉助聯軸節、由驅動馬達6使其旋轉。而該驅動馬達6的運轉，即、壓縮機主體2的運轉則由具有下述功能的控制器11和變換器12構成的馬達控制部10進行；上述變換器12是輸入從該控制器11輸出的轉速指令、將上述驅動馬達6的轉速控制成與基於被輸入的轉速指令而得的轉速一致。符號7是表示將電力供給上述變換器12的電源，該電力使驅動馬達6按轉速指令的轉速進行旋轉。
在上述壓縮空氣供給流路3的上述壓縮機主體2和油分離回收器之間設有壓力檢測傳感器(壓力檢測機構)13，用於檢測在壓縮機主體2的壓縮空間中被壓縮、且從該壓縮機主體2的排出口22排出的壓縮空氣的排出壓力；從上述壓力檢測傳感器13將排出壓力Pd輸入到上述馬達控制部10的控制器11。而控制器11具有如下所述的功能，即、由輸入的排出壓力Pd、對驅動馬達6的動力成為一定時能運轉的最高轉速Nmax進行運算，由於將被輸入的設定壓力Pc和上述排出壓力Pd的偏差取為0，因而通過PID(比例積分微分)運算來算出轉速NPID，在轉速NPID＜轉速Nmax時，將轉速Nmax作為轉速指令N而輸出到用於對驅動壓縮機主體2的驅動馬達6進行控制的變換器12。
根據上述構成的螺旋式壓縮機，不必設置高價的流量傳感器、只設置通常用的壓力檢測傳感器、基於該壓力檢測傳感器所檢測到的排出壓力而對壓縮機主體的轉速進行控制，就能高精度地控制排出空氣的壓力和空氣量(例如、參照特開2003-3975號公報)。
如上所述，在上述現有例的螺旋式壓縮機中，在排出流路的壓縮機主體的排出口附近，設置1個用於檢測流過該部分的壓縮氣體壓力的壓力檢測傳感器，利用這1個壓力檢測傳感器所檢測的壓力值而決定驅動馬達的轉速。
但是，在特開2003-3975號公報中，如上所述地記載著設有圖中沒有表示的油分離回收器那樣、在通常的螺旋式壓縮機的情況下，大多在排出流路的壓縮機主體的排出口和壓縮氣體的最終供給的目標之間加裝有各種各樣的機器。
作為上述的機器種類，除了油分離回收器以外、還可例舉閥、除溼器、或過濾器等。從壓縮機主體的排出口經由這樣的各種機器而供給到供給目標的壓縮氣體的壓力因各種機器的流路阻力而形成壓力損失，由此就形成比排出流路的壓縮機主體排出口附近所檢測的壓力還低的低壓。即、上述的設定壓力Pc的值如果不將上述各種各樣機器的流路阻力所引起的壓力損失也考慮在內而進行適當的設定，則有這樣的問題，即、很難使到達供給目標的壓縮氣體的壓力是所希望的壓力值。
由於機器種類而產生的壓力損失是隨著流過這些機器的壓縮氣體的流量(流速)而變化，因而上述設定壓力Pc的值是很難適當地設定的。在設想最大的壓力損失的基礎上進行設定壓力Pc的設定時，由於這種設定方法自然而然會產生過大的能量損失，因而從節省能量的觀點出發、這種設定方法也是不好的。
即使將結構做成在排出流路的各種機器的下遊側附設一個壓力檢測傳感器，利用它檢測到的壓力值來決定驅動馬達的轉速，也會有下述的問題，即、對隨著流過各種機器的壓縮氣體的流量而變化的壓力損失的值很難進行確定。因此，在利用設於排出流路的各種機器的下遊側的一個壓力檢測傳感器所檢測到的壓力值來決定驅動馬達的轉速時，要用超過被排出的壓縮氣體的額定壓力(不會給構成螺旋式壓縮機的全部構件帶來不合適的最大壓力)的壓力才能使螺旋式壓縮機運轉。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種螺旋式壓縮機及其運轉方法，更具體地說、是提供一種即使因加裝在排出流路的壓縮機主體排出口下遊側的機器種類而產生的壓力損失發生變化、也能使到達供給目標的壓縮氣體的壓力為所希望的壓力，不會產生由於超出需要的壓力上升而形成過大的能量損失或使構成零件不合適等問題的螺旋式壓縮機及其運轉方法。
本發明是鑑於上述的實際情況而作出的，為了解決上述問題、本發明採用的螺旋式壓縮機是將壓縮氣體從壓縮機主體的排出口、藉助排出流路而供給到供給目標的螺旋壓縮機，由下述的構件構成對構成壓縮機主體的螺旋轉子進行驅動的驅動馬達；對上述驅動馬達的轉速進行控制的馬達控制器；設置在上述排出流路的上述排出口附近、檢測壓縮氣體的壓力的第1壓力檢測機構；設置在上述排出流路上比上述第1壓力檢測機構更接近上述供給目標的位置上、檢測壓縮氣體的壓力的第2壓力檢測機構；相當於上述第1壓力檢測機構和上述第2壓力檢測機構所檢測的壓力的信號所輸入的運算機構；其中、上述運算機構基於上述第1壓力檢測機構所檢測的第1壓力、被設定的第1設定壓力、上述第2壓力檢測機構所檢測的第2壓力和被設定的第2設定壓力，優先進行以使上述第1壓力不超過上述第1設定壓力為目標的控制，同時使上述第2壓力與上述第2設定壓力一致地對上述驅動馬達的轉速進行運算，以上述驅動馬達以該轉速進行旋轉的方式將控制信號輸出到上述馬達控制部。
其中，所謂優先進行使第1壓力不超過第1設定壓力為目標的控制，同時使第2壓力與第2設定壓力一致地進行控制是指在第1壓力不超過第1設定壓力的情況下、將第2壓力控制成與第2設定壓力一致，在第1壓力要超過第1設定壓力的情況下、比第2壓力的控制更優先地將第1壓力控制成不超過第1設定壓力。
在上述本發明的螺旋式壓縮機中，上述運算機構基於上述第1壓力和第1設定壓力而對上述驅動馬達的第1轉速進行運算，同時基於上述第2壓力和第2設定壓力而對上述驅動馬達的第2轉速進行運算，而且、以上述的第1轉速和上述第2轉速中的較低一方的轉速使上述驅動馬達旋轉地將控制信號輸出到上述馬達控制部。
在上述本發明的螺旋式壓縮機中，可設置與上述運算機構相連接的開關機構，通過該開關機構的操作能夠變更上述第1設定壓力和/或上述第2設定壓力中。
本發明的螺旋式壓縮機的運轉方法採用的是對構成壓縮機主體的螺旋轉子進行驅動的驅動馬達的轉速進行控制、從上述壓縮機主體的排出口經由排出流路而將壓縮氣體供給到供給目標的螺旋式壓縮機的運轉方法，檢測上述排出流路的上述排出口附近的壓縮氣體的壓力並作為第1壓力；檢測上述排出流路上比上述第1壓力的檢測位置更靠近上述供給目標的位置上的壓縮氣體的壓力並作為第2壓力；在上述第1壓力不超過上述第1設定壓力的範圍內、使上述第2壓力與上述第2設定壓力一致地控制上述驅動馬達的轉速。
在上述本發明的螺旋式壓縮機的運轉方法中，可基於上述第1壓力和上述第1設定壓力求出上述驅動馬達的第1轉速；基於上述第2壓力和上述第2設定壓力求出上述驅動馬達的第2轉速，以上述第1轉速和上述第2轉速中的較低一方的轉速控制上述驅動馬達的轉速。
在上述本發明的螺旋式壓縮機的運轉方法中，優選地使上述第1設定壓力為上述壓縮機主體的額定壓力，使上述第2設定壓力為供給目標所要求的任意的壓力。
圖1是表示本發明實施方式的含有控制系統的油冷式螺旋式壓縮機結構的方框圖。
圖2是表示現有例的含有控制系統的油冷式螺旋式壓縮機結構的方框圖。
具體實施例方式
下面，參照著附圖來說明實施本發明的螺旋式壓縮機的運轉方法的螺旋式壓縮機。圖1是表示含有控制系統的油冷式螺旋式壓縮機結構的方框圖。由於本實施方式的螺旋式壓縮機與現有例的螺旋式壓縮機有許多結構都是一致的，因而相同的(除了設置在壓縮機主體排出口附近的壓力檢測傳感器13以外)部分都用相同的符號加以說明。
即、本實施方式的螺旋式壓縮機備有吸入過濾器1、經由吸入口(空氣入口)21而將大氣中的空氣吸入的壓縮機主體2、把從該壓縮機主體2的排出口22排出的壓縮氣體(壓縮空氣)供給到未圖示的空氣供給目標的壓縮空氣供給流路3。上述壓縮機主體2的未圖示的螺旋轉子是藉助聯軸節、由驅動馬達6使其旋轉。而該驅動馬達6的運轉，即、壓縮機主體2的運轉是由具有下述功能的控制器11和變換器12構成的馬達控制部10加以控制地進行的；上述變換器12是輸入從該控制器11輸出的轉速指令、旋轉上述驅動馬達6以使其轉速與基於輸入的轉速指令所得的轉速一致。符號7是表示將電力供給上述變換器12的電源，該電力使驅動馬達6按轉速指令的轉速而旋轉。
從上述壓縮機主體2的排出口22延伸到供給目標的排出流路上、加裝著閥30、除溼器31、過濾器32等各種機器。而且在排出流路的壓縮機主體2的排出口22附近位置、即在壓縮機主體2的排出口22和閥30之間設置著第1壓力檢測傳感器33(該第1壓力檢測傳感器相當於現有例的壓力檢測傳感器13)，其用於檢測在該部分上流過的壓縮氣體的壓力、作為第1壓力檢測機構。而且，在排出流路的、比上述第1壓力檢測傳感器33更靠近空氣供給目標的位置上設置著第2壓力檢測傳感器34，其用於檢測在該部分上流過的壓縮氣體的壓力。而從上述壓力檢測傳感器33、34輸出的與檢測壓力相當的信號則分別輸入到上述馬達控制部10的控制器11。
上述控制器11具有這樣的功能，即、藉助PID運算、根據上述第1壓力檢測傳感器33檢測的、而且從該第1壓力檢測傳感器33輸入的壓縮氣體的第1壓力(排出壓力)Pd、算出使設定的第1設定壓力SV1和上述第1壓力Pd的偏差為0的驅動馬達6的第1轉速N1。
上述控制器11還具有這樣的功能，即、藉助PID運算、根據上述第2壓力檢測傳感器34檢測的、而且從該第2壓力檢測傳感器34輸入的壓縮氣體的第2壓力Plin，算出使設定的第2設定壓力SV2和上述第2壓力Plin的偏差為0的驅動馬達6的第2轉速N2。此外，上述控制器11還具有這樣的機能，即、藉助PID運算、對算出的各個轉速N1、N2的大小進行比較運算，而且根據它們的比較結果，將轉速指令輸出到變換器12，由此對驅動馬達6的轉速進行控制。
在上述控制器11上連接著未圖示的開關機構。
螺旋式壓縮機的使用者能藉助對上述開關機構的操作，將上述第2設定壓力SV2變更成供給目標所要求的任意壓力。但是、與壓縮機主體2的能力相當的規格範圍的壓力是被規定了的，不能用上述開關機構將上述第2設定壓力SV2變更成超過該規格範圍的壓力上限。在這裡，第1設定壓力SV1是作成不能由開關機構的操作而變更的、是預先在上述控制器11的內部、被固定地設定為壓縮機主體2的額定壓力。
如果按照由控制器11、藉助PID運算而算出的上述第1轉速N1運轉壓縮機主體2，則輸入到控制器11的上述第1壓力Pd就接近被設定的上述第1設定壓力SV1、即接近上述的壓縮機主體2的額定壓力、並被調整成相同的值。另一方面，如果按照由控制器11、藉助PID運算而算出的上述第2轉速N2運轉壓縮機主體2，則輸入到控制器11的上述第2壓力Plin就接近使用者設定的任意壓力、而且接近壓縮機主體2規格範圍的壓力的第2設定壓力SV2、並被調整成相同的值。
於是，各種機器的壓力損失和第2壓力檢測傳感器34檢測的第2壓力Plin之和被限制為不大於額定壓力、第2轉速的一方就比第1轉速N1小。
這樣，根據本實施方式的螺旋式壓縮機，上述控制器11對由PID運算而算出的第1轉速N1和第2轉速N2的大小進行比較運算，使驅動馬達6根據這些第1轉速N1和第2轉速N2中的較低一方的轉速進行旋轉地將旋轉指令輸出到變換器12。這時，如果在螺旋式壓縮機的規格範圍內，由於驅動馬達6是以比第1轉速N1小的第2轉速N2進行旋轉，因而對使用者來說、能將最重要的第2壓力保持在所希望的壓力值地使壓縮機進行運轉、能防止由壓力損失的變化而形成的、由壓縮機的過負荷所引起的故障。
在現有例的螺旋式壓縮機中，由於各種機器的壓力損失會因時效的因素而變化和由負荷狀態而發生變化，因而是預先測定變化的範圍、預先設定成比必要的壓力還高的壓力。但如果採用本實施方式的螺旋式壓縮機，由於只要在規格範圍之內、就能將第2壓力控制成在所希望範圍內的一定壓力，因而能將壓力的設定下降到所需要的最小限度，由此能節省能量。
但是，有時各種機器的壓力損失和由第2壓力檢測傳感器34檢測的第2壓力Plin之和大於額定壓力。這種場合下，由於第1轉速N1當然比第2轉速N2小，因而驅動馬達6就由變換器12的轉速指令、以第1轉速N1進行旋轉。這時，由於第1壓力沒有超過壓縮機主體2的額定壓力，因而能防止由螺旋式壓縮機的過負荷而引起的故障，而對使用者來說、不能將最重要的第2壓力保持成所希望的壓力值地使壓縮機進行運轉。但是，經過檢查流路阻力增大的各種機器、即不管發生任何故障的各種機器，同時根據需要進行適當維修，這個問題就可以解決。
在本發明的控制器11內進行的控制運算並不局限於上面所述的方式。主要是在優先進行以第1壓力不超過第1設定壓力為目標的控制的同時、只要進行使第2壓力與第2設定壓力一致的控制即可。即、在第1壓力不超過第1設定壓力的情況下，使第2壓力與第2設定壓力一致地進行控制；在第1壓力超過第1設定壓力的情況下，比第2壓力控制更優先地進行使第1壓力不超過第1設定壓力的控制。
譬如，先求出上述的第2轉速N2，在上述第1壓力Pd是上述第1設定壓力SV1以下的情況下，將N2原封不動地作為相對於變換器12的轉速指令；在上述第1壓力Pd超過上述第1設定壓力SV1的情況下，可用下列的公式求出相對於變換器12的轉速指令N。
N＝N2-{與(Pd-SV1)有關的PI運算值}例如在SV1-Pd大於規定值的情況下(即、Pd與SV1相比、Pd是充分小的情況)，可對上述的第2轉速N2進行運算之後，將其作為對變換器12的轉速指令；在SV1-Pd小於規定的值時(即、Pd接近SV1、或Pd超過SV1的情況)，可對上述的第2轉速N2進行運算之後，將其作為對變換器12的轉速指令。
在上面的說明中，第1設定壓力SV1是不因開關機構的操作而變更，是在上述控制器11的內部、預先固定地設定的壓縮機主體的額定壓力，但本發明並不局限於這種方式。
第1設定壓力SV1也可以是與第2設定壓力SV2同樣地由開關機構的操作而變更的。
上面、對這種結構方式進行了說明，即、在排出流路的壓縮機主體2的排出口22和第1壓力檢測傳感器33的設置位置之間沒有安裝任何機器，但本發明並不局限於這種方式。這是因為如果沒有特別壓力損失的各種機器、壓力損失不是取決於壓縮氣體流量地保持一定的各種機器、或者是預先能把握壓力損失隨著壓縮氣體的流量而變化的大小的各種機器，都可以加裝在排出流路的排出口22和第1壓力檢測傳感器33的設置位置之間。而且、只要是上述的各種機器，都可以加裝在排出流路的第2壓力檢測傳感器34的設置位置和供給目標之間。
如上面詳細說明的那樣，根據本發明的螺旋式壓縮機及其控制方法，即使因加裝在從壓縮機主體的排出口延伸到供給目標的排出流路的排出口下遊側上的機器種類而產生的壓力損失發生變化，也能使到達供給目標的壓縮氣體的壓力保持在所希望的壓力值。由於能防止超過需要的壓力上升，所以能防止過大的能量損失或因機器種類而發生故障。
權利要求
1.一種螺旋式壓縮機，將壓縮氣體從壓縮機主體的排出口經由排出流路而供給到供給目標，其特徵在於，由下述的構件構成對構成壓縮機主體的螺旋轉子進行驅動的驅動馬達；對上述驅動馬達的轉速進行控制的馬達控制部；設置在上述排出流路的上述排出口附近、檢測壓縮氣體的壓力的第1壓力檢測機構；設置在上述排出流路上比上述第1壓力檢測機構更接近上述供給目標的位置上、檢測壓縮氣體的壓力的第2壓力檢測機構；相當於上述第1壓力檢測機構和上述第2壓力檢測機構所檢測的壓力的信號所輸入的運算機構；其中、上述運算機構基於上述第1壓力檢測機構所檢測的第1壓力、被設定的第1設定壓力、上述第2壓力檢測機構所檢測的第2壓力和被設定的第2設定壓力，優先進行以使上述第1壓力不超過上述第1設定壓力為目標的控制，同時使上述第2壓力與上述第2設定壓力一致地對上述驅動馬達的轉速進行運算，以上述驅動馬達以該轉速進行旋轉的方式將控制信號輸出到上述馬達控制部。
2.如權利要求1所述的螺旋式壓縮機，其特徵在於，上述運算機構基於上述第1壓力和第1設定壓力而對上述驅動馬達的第1轉速進行運算，同時基於上述第2壓力和第2設定壓力而對上述驅動馬達的第2轉速進行運算，而且、以上述的第1轉速和上述第2轉速中的較低一方的轉速使上述驅動馬達旋轉地將控制信號輸出到上述馬達控制部。
3.如權利要求1所述的螺旋式壓縮機，其特徵在於，設置與上述運算機構相連接的開關機構，通過該開關機構的操作能夠變更上述第1設定壓力和上述第2設定壓力中的至少一方。
4.如權利要求1所述的螺旋式壓縮機，其特徵在於，在上述排出流路中，在設有上述第1壓力檢測機構的部位和設有上述第2壓力檢測機構的部位之間加裝有產生壓力損失的機器。
5.一種螺旋式壓縮機的運轉方法，對驅動構成壓縮機主體的螺旋轉子的驅動馬達的轉速進行控制、從上述壓縮機主體的排出口經由排出流路而將壓縮氣體供給到供給目標的螺旋式壓縮機的運轉方法，其特徵在於，檢測上述排出流路的上述排出口附近的壓縮氣體的壓力並作為第1壓力；檢測上述排出流路上比上述第1壓力的檢測位置更靠近上述供給目標的位置上的壓縮氣體的壓力並作為第2壓力；在上述第1壓力不超過上述第1設定壓力的範圍內、使上述第2壓力與上述第2設定壓力一致地控制上述驅動馬達的轉速。
6.如權利要求5所述的螺旋式壓縮機的運轉方法，其特徵在於，基於上述第1壓力和上述第1設定壓力求出上述驅動馬達的第1轉速；基於上述第2壓力和上述第2設定壓力求出上述驅動馬達的第2轉速，以上述第1轉速和上述第2轉速中的較低一方的轉速控制上述驅動馬達的轉速。
7.如權利要求6所述的螺旋式壓縮機的運轉方法，其特徵在於，使上述第1設定壓力為上述壓縮機主體的額定壓力，使上述第2設定壓力為供給目標所要求的任意的壓力。
全文摘要
本發明的螺旋式壓縮機設有控制器，基於設在排出流路的靠近壓縮機主體排出口的第1壓力檢測傳感器檢測的第1壓力和第1設定壓力對驅動馬達的第1轉速進行運算；基於設在上述排出流路的供給目標的第2壓力檢測傳感器檢測的第2壓力和第2設定壓力對驅動馬達的第2轉速進行運算；對由運算而算出的第1轉速和第2轉速的大小進行比較，將以小的一方的轉速使驅動馬達旋轉的轉速指令輸出到控制驅動馬達轉速的變換器。採用這種結構，即使因加裝在排出流路的螺旋式壓縮機排出口下遊側的機器種類使壓力損失發生變化、也能將到達供給目標的壓縮空氣的壓力保持在所希望的壓力值，而且防止由超過需要的壓力上升而引起的螺旋式壓縮機的損傷。
文檔編號F04C28/00GK1526953SQ200410007900
公開日2004年9月8日 申請日期2004年3月3日 優先權日2003年3月3日
發明者中村元 申請人:株式會社神戶制鋼所