本发明涉及二级型螺杆压缩机及其运转方法。
背景技术：
已知在压缩工作流体时通过分成两个阶段进行压缩而能够进行高压压缩的二级型压缩机。二级型压缩机中，特别是螺杆式由于能够改变转速而被在广泛的用途中使用。
在专利文献1中，公开了一种二级型螺杆压缩机，前述二级型螺杆压缩机通过改变第1级转速和第2级转速，将第1级和第2级的压缩间的压力即中间压力调整至允许压力范围内。
专利文献1:日本特开平7-158576号公报。
专利文献1的二级型螺杆压缩机对控制中间压力进行了考虑，但未考虑使第1级及第2级的压缩的总消耗电力最小化。
技术实现要素：
本发明的目的在于，在二级型螺杆压缩机实现要求压力，并且使总消耗电力最小化。
本发明的第1方案提供一种二级型螺杆压缩机，前述二级型螺杆压缩机具备第1级压缩机主体、第2级压缩机主体、控制装置，前述第1级压缩机主体被第1电动机驱动，前述第1电动机能够借助第1换流器改变转速，前述第2级压缩机主体被第2电动机驱动，串联连接于前述第1级压缩机主体的下游侧，前述第2电动机能够借助第2换流器改变转速，前述控制装置具有第1级转速确定部、第1换流器控制部、第2级转速确定部、第2换流器控制部，前述第1级转速确定部与要求压力对应地确定第1级转速，前述第1换流器控制部控制前述第1换流器，使得呈借助前述第1级转速确定部确定的前述第1级转速，前述第2级转速确定部确定第2级转速中的使前述第1电动机及前述第2电动机的总消耗电力最小化的最适第2级转速，前述第2换流器控制部控制前述第2换流器，使得呈前述最适第2级转速。
根据该方案，在二级型螺杆压缩机中，能够通过调整第1级转速来实现要求压力，并且能够通过调整第2级转速来使总消耗电力最小化。这里，第1级转速是第1电动机的转速，第2级转速是第2电动机的转速。此外，总消耗电力表示被第1级压缩机主体及第2级压缩机主体二者消耗的电力的和。
也可以是，前述第2级转速确定部在既定范围内使前述第2级转速自动地变化，检测与各个前述第2级转速对应的前述总消耗电力，探索前述最适第2级转速。
根据该方案，能够自动进行使总消耗电力最小化的最适第2级转速的探索。此外，在既定范围内将第2级转速实际地改变来检测总消耗电力，所以能够切实地探索使总消耗电力最小化的最适第2级转速。
也可以是，前述第2级转速确定部采用相对于前述第1级转速预先储存的前述最适第2级转速。
根据该方案，预先储存有使总消耗电力最小化的最适第2级转速，所以能够不在运转中探索地即时地确定。
此外，本发明提供一种二级型螺杆压缩机，前述二级型螺杆压缩机具备第1级压缩机主体、第2级压缩机主体、控制装置，前述第1级压缩机主体被第1电动机驱动，前述第1电动机能够借助第1换流器改变转速，前述第2级压缩机主体被第2电动机驱动，串联连接于前述第1级压缩机主体的下游侧，前述第2电动机能够借助第2换流器改变转速，前述控制装置具有第1级转速确定部、第1换流器控制部、第2级转速确定部、第2换流器控制部，前述第2级转速确定部与要求压力对应地确定第2级转速，前述第2换流器控制部控制前述第2换流器，使得呈借助前述第2级转速确定部确定的前述第2级转速，前述第1级转速确定部确定第1级转速中的使总消耗电力最小化的最适第1级转速，前述第1换流器控制部控制前述第1换流器，使得呈前述最适第1级转速。
根据该方案，在二级型螺杆压缩机中，能够通过调整第2级转速来实现要求压力，并且能够通过调整第1级转速来使总消耗电力最小化。
也可以是，前述第1级转速确定部在既定范围内使前述第1级转速自动地变化，检测与各个前述第1级转速对应的前述总消耗电力，探索前述最适第1级转速。
根据该方案，能够自动地探索使总消耗电力最小化的最适第1级转速。此外，在既定范围内实际地改变第1级转速来检测总消耗电力，所以能够切实地探索使总消耗电力最小化的最适第1级转速。
也可以是，前述第1级转速确定部采用相对于前述第2级转速预先储存的前述最适第1级转速。
根据该方案，预先储存有使总消耗电力最小化的最适第1级转速，所以能够在运转中不进行探索的情况下即时地确定。
本发明的第2方案提供一种二级型螺杆压缩机的运转方法，前述二级型螺杆压缩机的运转方法为，设置第1级压缩机主体、第2级压缩机主体，前述第1级压缩机主体被第1电动机驱动，前述第1电动机能够借助第1换流器改变转速，前述第2级压缩机主体被第2电动机驱动，串联连接于前述第1级压缩机主体的下游侧，前述第2电动机能够借助第2换流器改变转速，确定与要求压力对应的第2级转速，控制前述第2换流器，使得呈该第2级转速，确定第1级转速中的使前述第1电动机及前述第2电动机的总消耗电力最小化的最适第1级转速，控制前述第1换流器，使得呈该最适第1级转速。
此外，提供一种二级型螺杆压缩机的运转方法，前述二级型螺杆压缩机的运转方法为，设置第1级压缩机主体、第2级压缩机主体，前述第1级压缩机主体被第1电动机驱动，前述第1电动机能够借助第1换流器改变转速，前述第2级压缩机主体被第2电动机驱动，串联连接于前述第1级压缩机主体的下游侧，前述第2电动机能够借助第2换流器改变转速，确定与要求压力对应的第2级转速，控制前述第2换流器，使得呈该第2级转速，确定第1级转速中的使前述第1电动机及前述第2电动机的总消耗电力最小化的最适第1级转速，控制前述第1换流器，使得呈该最适第1级转速。
发明效果
根据本发明，在二级型螺杆压缩机中，能够通过调整第1级转速来实现要求压力，并且能够通过调整第2级转速来使总消耗电力最小化。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的二级型螺杆压缩机的概略结构图。
图2是表示图1的控制装置的框图。
图3是图1的二级型螺杆压缩机的控制流。
图4是图2的控制流中的子程序。
图5是表示使相对于第1级转速比的总消耗电力最小化的第2级转速比的图表。
图6是表示本发明的第2实施方式的二级型螺杆压缩机的控制装置的框图。
图7是表示图6的储存部的第1级转速比和第2级转速比的关系的图表。
图8是图6的二级型螺杆压缩机的控制流。
图9是表示本发明的第3实施方式的二级型螺杆压缩机的控制装置的框图。
图10是图9的二级型螺杆压缩机的控制流。
图11是图10的控制流中的子程序。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
(第1实施方式)
如图1所示，本实施方式的二级型螺杆压缩机2具备第1级压缩机主体4、第2级压缩机主体6、控制装置8。
第1级压缩机主体4是螺杆型的，穿过第1空气配管10a从吸气口4a吸入空气。第1马达(第1电动机)12被机械连接于第1级压缩机主体4，驱动第1马达12，由此借助内部的图中未示出的螺杆压缩空气。在第1马达12处电气连接有第1换流器14，能够改变第1马达12的转速。此外，第1马达12的消耗电力被向控制装置8输出。第1级压缩机主体4在压缩后将压缩空气从排出口4b排出。被排出的压缩空气穿过第2空气配管10b被向第2级压缩机主体6供给。
在将第1级压缩机主体4的排出口4b和第2级压缩机主体6的吸气口6a流体连接的第2空气配管10b处设置有中间冷却器16。中间冷却器16用于使由于第1级压缩机主体4的压缩热而上升的第2空气配管10b内的压缩空气的温度下降而被设置。中间冷却器16的种类没有特别限定，例如也可以使用热交换器。优选地，能够通过使用不消耗电力的来提高二级型螺杆压缩机2的效率。
第2级压缩机主体6是螺杆型的，穿过第2空气配管10b与第1级压缩机主体4流体连接，被设置于第1级压缩机主体4的下游侧。第2级压缩机主体6穿过第2空气配管10b从吸气口6a吸入空气。第2马达(第2电动机)18被机械连接于第2级压缩机主体6，驱动第2马达18，由此借助内部的图中未示出的螺杆压缩空气。在第2马达18上电气连接有第2换流器20，能够改变第2马达18的转速。此外，第2马达18的消耗电力被向控制装置8输出。第2级压缩机主体6在压缩后，将压缩空气从排出口6b排出。被排出的压缩空气穿过第3空气配管10c被向供给目的地供给。
在从第2级压缩机主体6的排出口6b延伸的第3空气配管10c，设置有后冷却器22及压力传感器24。后冷却器22用于使第2级压缩机主体6的由于压缩热而上升的第3空气配管10c内的压缩空气的温度下降而被设置。后冷却器22的种类没有特别限定，例如也可以使用热交换器。优选地，能够通过使用不消耗电力的来提高二级型螺杆压缩机2的能量效率。此外，能够借助压力传感器24测定排出空气的压力(以后称作排出压力)。压力传感器24将测定值向控制装置8输出。
控制装置8由定序器等硬件和安装于其的软件构成。控制装置8基于图中未示出的供给目的地的要求压力、第1马达12的消耗电力、第2马达18的消耗电力及从压力传感器24接收的测定值，控制第1换流器14及第2换流器20。
如图2所示，控制装置8具备第1级转速确定部25、第1换流器控制部26、探索部(第2级转速确定部)27、第2换流器控制部28。
第1级转速确定部25与第3空气配管10c(参照图1)下游的图中未示出的供给目的地的要求压力对应地确定第1级转速。第1级转速是第1马达12的转速。具体地，在本实施方式中，以借助压力传感器24测定的排出压力与供给目的地的要求压力大致相等的方式确定第1级转速。
第1换流器控制部26控制第1换流器14，使得呈被第1级转速确定部25确定的第1级转速。
探索部27基于来自第1马达12及第2马达18的测定值即总消耗电力，探索第2级转速中的使总消耗电力最小化的最适第2级转速。第2级转速是第2马达18的转速。此外，总消耗电力表示被第1级压缩机主体4及第2级压缩机主体6二者消耗的电力的和。具体地，在本实施方式中，使第2级转速在既定范围内自动地变化，检测与各个第2级转速对应的总消耗电力，探索最小的总消耗电力时的最适第2级转速。这里，探索第2级转速的既定范围是与第2级压缩机主体6的定常运转的范围对应的第2马达18的转速的范围。优选地，是从与第2级压缩机主体6的排出温度等对应地确定的第2马达18的定常运转时的下限转速至与第2马达18的最大允许转速或者马达温度等对应地确定的定常运转时的上限转速的范围。
第2换流器控制部28控制第2换流器20，使得呈借助探索部27探索的最适第2级转速。
参照图3及图4，对本实施方式的控制方法进行说明。
如图3所示，首先，若二级型螺杆压缩机2的运转开始(步骤s3-1)，则对第1级转速n1及第2级转速n2进行初始设定(步骤s3-2)。第1级转速n1及第2级转速n2的初始值例如也可以采用各自的额定转速。并且，借助压力传感器24测定排出空气压力，借助第1级转速确定部25判定排出空气压力的测定值是否在既定范围内(步骤s3-3)。这里的既定范围是指能够供给满足供给目的地的要求压力的压缩空气的排出空气压力的范围。在排出空气压力比既定范围高的情况下，使第1级转速n1下降既定转速δn(步骤s3-4)，再次判定排出空气压力是否在既定范围内(步骤s3-3)。在排出空气压力比既定范围低的情况下，使第1级转速n1上升既定转速δn(步骤s3-5)，再次判定排出空气压力是否在既定范围内(步骤s3-3)。在排出空气压力在既定范围内的情况下，确定第1级转速n1，第1换流器控制部26控制第1换流器14，使得呈借助第1级转速确定部25确定的第1级转速n1(步骤s3-6)。
接着，借助探索部27探索第2级转速n2(步骤s3-7)。参照图4在后说明有关该探索的子程序。然后，第2换流器控制部28控制第2换流器20，使得呈借助探索部27探索的使总消耗电力w最小化的最适第2级转速n2opt(步骤s3-8)。完成这些处理后，再次判定排出空气压力是否在既定范围内(步骤s3-3)。
如图4所示，进行基于探索部27的第2级转速n2的探索。若第2级转速n2的探索开始(步骤s4-1)，则将第2级转速n2设定成既定范围的下限值(步骤s4-2)，测定总消耗电力w，储存此时的第2级转速n2和总消耗电力w的组(步骤s4-3)。第2级转速n2的既定范围如上所述地与第2级压缩机主体6的定常运转的范围对应。然后，使第2级转速n2增加既定转速δn(步骤s4-4)，重复步骤s4-3及步骤s4-4的处理直至第2级转速n2超过既定范围的上限值(步骤s4-5)。步骤s4-4的第2级转速n2的增量δn也可以与图3的步骤s3-3及步骤s3-4的既定转速δn数值不同。然后，确定总消耗电力w为最小时的最适第2级转速n2opt(步骤s4-6)，结束探索(步骤s4-7)。
图5将这样地借助探索部27储存的第2级转速n2和与之对应的总消耗电力w构成图表。在探索部27中，探索图表上的最小点即总消耗电力w为最小的最适第2级转速n2opt。
此外，图4所示的第2级转速n2的探索方法仅是例示，也可以用其他方法探索使总消耗电力w最小化的最适第2级转速n2opt。例如，也可以是，尽管不像本实施方式那样将测定的第2级转速n2和总消耗电力w的组全部储存，也每次测定新的总消耗电力w，与目前为止的总消耗电力w的最小值比较，仅储存总消耗电力w较小的第2级转速n2。该情况下，最终被储存的第2级转速n2是使总消耗电力w最小化的最适第2级转速n2opt。
通过如图3及图4的控制流所示地进行控制，在二级型螺杆压缩机2，能够通过调整第1级转速来实现要求压力，并且能够通过调整第2级转速来使总消耗电力最小化。此外，能够自动进行使总消耗电力最小化的最适第2级转速的探索。进而，在既定范围内实际地改变第2级转速来检测总消耗电力，所以能够切实地探索使总消耗电力最小化的最适第2级转速。另外，空气的压力和体积的积即重量流量在压缩过程中恒定，所以构成为即使在基于第1级转速的要求压力的实现后改变第2级转速也能够实现要求压力。
在本实施方式中，在探索部27的探索时，进行了使总消耗电力最小化的控制，但控制对象不限于消耗电力。例如，也可以代替总消耗电力，进行使第1级压缩机主体4及第2级压缩机主体6的动力、电流最小化的控制。在这之后的第2及第3实施方式也相同。
(第2实施方式)
本实施方式的二级型螺杆压缩机2的结构与图1所示的第1实施方式的结构相同。此外，图6表示与第1实施方式的图2对应的第2实施方式的二级型螺杆压缩机2的控制装置8的框图。本实施方式为，除了有关第1实施方式的探索部27被储存部(第2级转速确定部)29取代以外与第1实施方式实质相同。因此，有时省略有关与第1实施方式相同的部分的说明。
如图6所示，本实施方式的二级型螺杆压缩机2的控制装置8具备储存部29，前述储存部29预先储存有相对于第1级转速总消耗电力为最小的最适第2级转速。控制装置8在借助第2换流器控制部28改变第2级转速时，采用相对于第1级转速借助储存部29储存的最适第2级转速。
图7所示的是使总消耗电力最小化的第2级转速比相对于第1级转速比的图表。图表中的纵轴及横轴的100%表示第1马达12及第2马达18的转速达到允许转速的最大值。图表中描述有多个线是因为，根据压缩机主体4、6的螺杆转子的尺寸、压缩时的温度等条件，最适第2级转速相对于第1级转速比改变。储存部29储存有如图7那样相对于各种条件预先通过实验等求出的最适第2级转速。另外，图7所示的图表仅是例示，不限于基于图7所示的图表的最适第2级转速的确定方法。
图8所示的是本实施方式的二级型螺杆压缩机2的控制流。在本实施方式中，步骤s8-7的处理以外与图3的第1实施方式实质相同。在步骤s8-7的处理中，采用借助储存部29储存的第2级转速n2。因此，若与要求压力对应地确定必要的第1级转速n1，则预先储存有使总消耗电力w最小化的最适第2级转速n2opt，所以能够在运转中在不探索第2级转速n2的情况下即时地确定。
(第3实施方式)
本实施方式的二级型螺杆压缩机2的结构与图1所示的第1实施方式的结构相同。此外，图9表示有与第1实施方式的图2对应的第3实施方式的二级型螺杆压缩机2的控制装置8的框图。图10及图11表示与第1实施方式的图3及图4对应的第3实施方式的二级型螺杆压缩机2的控制装置8的控制流。本实施方式的二级型螺杆压缩机2除了替换与第1实施方式的第1级转速及第2级转速有关的控制以外与第1实施方式实质相同。因此，有关于与第1实施方式相同的部分省略说明的情况。
如图9所示，本实施方式的二级型螺杆压缩机2的控制装置8确定第2级转速，使得在第2级转速确定部27呈与要求压力对应的排出压力。第2换流器控制部28控制第2换流器20，使得呈由第2级转速确定部27确定的第2级转速。此外，探索部(第1级转速确定部)25基于来自第1马达12及第2马达18的测定值即总消耗电力，探索第1级转速中的使总消耗电力最小化的最适第1级转速。具体的探索方法与第1实施方式的最适第2级转速的探索相同。
如图10及图11所示，本实施方式的控制流为，从图3及图4所示的第1实施方式的控制流，交换有关第1级转速n1和第2级转速n2的记载。此外，在图10的子程序处理中也同样地，从图4所示的第1实施方式的子程序处理，交换有关第1级转速n1和第2级转速n2的记载。因此，在本实施方式中，与第1实施方式不同，在第2级转速的确定后确定第1级转速。
这样，不限定探索时先确定第1级转速和第2级转速的某一个的转速。
以上对本发明的具体的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，能够在该发明的范围内进行各种改变来实施。例如，作为该发明的一实施方式，也可以将上述第1至第3实施方式中所记载的内容适当组合。
附图标记说明
2 二级型螺杆压缩机
4 第1级压缩机主体
4a 吸气口
4b 排出口
6 第2级压缩机主体
6a 吸气口
6b 排出口
8 控制装置
10a 第1空气配管
10b 第2空气配管
10c 第3空气配管
12 第1马达(第1电动机)
14 第1换流器
16 中间冷却器
18 第2马达(第2电动机)
20 第2换流器
22 后冷却器
24 压力传感器
25 第1级转速确定部(探索部)
26 第1换流器控制部
27 探索部(第2级转速确定部)
28 第2换流器控制部
29 储存部(第2级转速确定部)。