[发明专利]回转式压缩机单元及其控制运转方法

说明书

技术领域

本发明涉及包括串联的低压段压缩机和高压段压缩机的回转式压缩机单元及其控制运转方法，该单元被制造得能够具有每个压缩机的合适的负载平衡而运转，从而实现该单元的有效运转。

背景技术

通常，齿式回转式压缩机包括两个转子，凸形转子和凹形转子，每个转子都具有爪形齿或叶片。它们在转子转动时沿相反的方向转动而不接触彼此，以压缩捕获在叶片和压缩机外壳的内表面之间形成的压缩室内的气体。由于转子不接触彼此以及压缩机外壳的内表面，因而转子没有磨损并具有很长的寿命。此外，由于转子的非接触配合，不需要转子的润滑油，并且可以获得干净的没有污染上润滑油的压缩气体。这种类型的压缩机可获得的压缩比率相对较低，因而在许多情况下通过构成包括串联的低压段压缩机和高压段压缩机的两级压缩机单元高效率地获得需要的较高的压缩比率。齿式压缩机的工作将在下文中参考图4a至图4d进行描述。

在图4a中，具有爪形叶片的凸形转子02与具有爪形叶片的凹形转子03在压缩机外壳01内配合并具有紧密的间隙。当转子02和03沿箭头所示的方向旋转时，将要被压缩的气体g从吸入开口04被吸入。在图4b中，吸入开口04由转子02、03关闭，并且吸入的气体g限制在围绕凹形转子03的叶片的室和围绕凸形转子02的叶片的室内。在图4c中，这两个室相连通，并且两个室的总容积在转子旋转以压缩气体时减小。在图4d中，压缩气体c穿过出口开口05排出，出口开口05设置在压缩机外壳01的两侧，并且当转子旋转时由凹形转子03的侧面打开。

传统地，使用单一的电动机驱动如图5所示的两级压缩机单元的低压段压缩机和高压段压缩机这两个压缩机，用于节省空间和减少工厂成本。在图5中，连接到电动机07的输出轴07a的驱动齿轮08与连接到低压段压缩机的凸形转子02a的转轴06a的齿轮09a和连接到高压段压缩机的凸形转子02b的转轴06a的齿轮09b啮合。

低压段压缩机的凸形转子02a和高压段压缩机的凸形转子02b由单一的电动机07一起驱动。每个压缩机的凸形转子和凹形转子分别经由正时齿轮010a和020b同步。

具有由单一的电动机驱动的两个压缩机的回转式压缩机在日本提前公开专利申请No.1-193089(专利文献1)中和日本提前公开专利申请No.4-6349(专利文献2)中公开。

在设计包括低压段压缩机和高压段压缩机的回转式压缩机单元中，通常每个压缩机的排气量确定成使得当单元在单元的额定排放压力下运转时，每个压缩机的驱动力几乎相等。每个压缩机的排气量在单元的运转中不能够改变。低压段压缩机的旋转速度和高压段压缩机的旋转速度由电动机07的旋转速度和齿轮09a与齿轮08的齿数比率以及齿轮09b与齿轮08的齿数比率确定。通常，这些比率确定为相等，使得两压缩机都以相同的旋转速度旋转。

电动机的旋转速度可由逆变器(inverter)根据各种运转条件控制而改变。例如，在日本提前公开专利申请No.2002-39079(专利文献3)中公开了一种使用多个电动机驱动涡旋式压缩机的驱动涡旋盘，其中电动机由逆变器控制。在日本提前公开专利申请No.2004-360464(专利文献4)中公开了一种无油螺旋压缩机，其旋转速度由逆变器控制。

如上所述，对于如图5所示的具有低压段压缩机和高压段压缩机并且由单一电动机驱动的压缩机单元，每个压缩机的旋转速度不能分开控制。这种压缩机单元的运转将参考示出P-V图(P表示压力并且V表示气体的比容积(specific volume))的图6说明。在图6中，气体首先由低压段压缩机压缩到0.2MPa，然后压缩气体穿过中间冷却器受到冷却以减少比容积，如箭头x所示。然后压缩并冷却的气体例如由高压段压缩机进一步压缩至0.7MPa。

然而，压缩机单元并不总是运转以产生单元的额定排放压力。额定排放压力为0.7MPa的压缩机单元可运转以产生0.5MPa的排放压力，如横向线y所示，或瞬时产生0.8MPa的排放压力，如图6中横向线z所示。通过上述的逆变器控制，电动机的旋转速度由逆变器控制，并且低压段压缩机的旋转速度和高压段压缩机的旋转速度不能够分开控制。