一種往復(fù)壓縮機(jī)無級(jí)氣量調(diào)節(jié)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種活塞式往復(fù)壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)裝置以及多種控制方法，實(shí)現(xiàn)了較大 工作轉(zhuǎn)速范圍的往復(fù)壓縮機(jī)氣量無極調(diào)節(jié)，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。
【背景技術(shù)】
[0002] 往復(fù)活塞式壓縮機(jī)是一種氣體輸送設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于國(guó)防、冶金、化工、煉油、機(jī) 械等工業(yè)領(lǐng)域以及日常生活中，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門尤其是石油化工等流程工業(yè)中必不 可少的關(guān)鍵設(shè)備之一。一臺(tái)特定的往復(fù)壓縮機(jī)正常工作狀態(tài)下的容積流量基本是保持不變 的，但在實(shí)際生產(chǎn)中由于市場(chǎng)需求的變化、生產(chǎn)條件的改變等使得所需的往復(fù)壓縮機(jī)實(shí)際 排氣量存在較大范圍的變動(dòng)，因此需要進(jìn)行往復(fù)壓縮機(jī)排氣量調(diào)節(jié)以適應(yīng)實(shí)際氣量的變化 需求。目前現(xiàn)有的氣量調(diào)節(jié)方法有管路調(diào)節(jié)法、余隙容積調(diào)節(jié)法、、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法、壓開吸氣 閥調(diào)節(jié)法，都能在一定程度上實(shí)現(xiàn)氣量調(diào)節(jié)。但管路調(diào)節(jié)法和余隙容積調(diào)節(jié)法浪費(fèi)的能源 很高，調(diào)節(jié)精度也不高；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍有限，不能實(shí)現(xiàn)0-100 %全量程無級(jí)調(diào) 節(jié)；通過壓開吸氣閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的方法因節(jié)能效果明顯而引起極大關(guān)注，是目前應(yīng)用較 多的一種調(diào)節(jié)方式。
[0003] 目前的壓開吸氣閥氣量調(diào)節(jié)方法，它包括部分行程壓開吸氣閥和全行程壓開吸氣 閥。全行程壓開吸氣閥的調(diào)節(jié)，在整個(gè)排氣行程中吸氣閥始終被強(qiáng)制壓開。傳統(tǒng)的壓開吸氣 閥調(diào)節(jié)方法通過對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)多個(gè)氣缸進(jìn)行控制，達(dá)到調(diào)節(jié)氣量目的，實(shí)現(xiàn)氣量調(diào)節(jié)，但調(diào) 節(jié)范圍和精度較低，只能達(dá)到0 %，25 %，50 %，75 %，100 %。西安交通大學(xué)發(fā)明的一種往復(fù) 活塞壓縮機(jī)排氣量無級(jí)調(diào)節(jié)方法（專利CN 101173658B)，在全行程壓開吸氣閥的基礎(chǔ)上， 將壓開吸氣閥的開關(guān)控制改變?yōu)檎伎毡瓤刂?。?00個(gè)工作單元為一個(gè)控制周期，通過控 制加載的單元數(shù)和空載的單元數(shù)的比例來控制排氣量。
[0004] 另一種方法是部分行程壓開吸氣閥的調(diào)節(jié)，該方法通過特定的裝置在一個(gè)往復(fù)壓 縮機(jī)工作循環(huán)內(nèi)控制吸氣閥壓開與關(guān)閉，讓一部分氣體在壓縮過程中回流到進(jìn)氣腔，達(dá)到 在一定程度上控制排氣量的目的，同時(shí)由于多余的氣體并未進(jìn)行壓縮從而在減少排氣量的 同時(shí)降低了功耗。部分行程壓開吸氣閥調(diào)節(jié)在壓縮機(jī)的每個(gè)工作周期中都進(jìn)行氣量調(diào)節(jié)， 實(shí)現(xiàn)0-100%全量程氣量的精確調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方式最為關(guān)鍵的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，如專 利EP-A-0893605中所公開的電液控制技術(shù)驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)的壓叉將吸氣閥壓開，排氣量可 調(diào)至10% ;專利US-A-5695325通過特定裝置在氣閥與閥座之間旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)吸氣閥開啟關(guān) 閉；浙江大學(xué)化機(jī)研宄所研制的氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，依靠液壓分配器和可調(diào)回流閥，排氣量可調(diào) 至50% ;目前得到較大范圍推廣應(yīng)用的是奧地利賀爾碧格公司研發(fā)的HydroCOM無級(jí)氣量 調(diào)節(jié)系統(tǒng)（中國(guó)專利CN03158561. 2)。
[0005] 此外，專利CN103233884A中提出了一種部分行程調(diào)節(jié)的變化方式，在一定周期中 通過調(diào)整加載周期數(shù)、空載周期數(shù)以及一個(gè)周期中部分行程的氣量值，實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制周期 的總體氣量為需要達(dá)到的氣量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明基于頂開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)氣量的基本原理，一種采用靈活時(shí)間控制模式的往復(fù) 壓縮機(jī)無級(jí)氣量調(diào)節(jié)方法與系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)較寬工作轉(zhuǎn)速范圍壓縮機(jī)氣量的〇?100%全量 程無級(jí)調(diào)節(jié)，適用范圍廣，節(jié)能效果好。
[0007] -種采用靈活時(shí)間控制模式的往復(fù)壓縮機(jī)無級(jí)氣量調(diào)節(jié)方法，其特征在于，應(yīng)用 于以下系統(tǒng)：
[0008] 該系統(tǒng)包括液壓動(dòng)力系統(tǒng)、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣閥卸荷裝置、氣量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、信 號(hào)測(cè)量系統(tǒng)與配套密封機(jī)構(gòu)；
[0009] 液壓動(dòng)力系統(tǒng)包括儲(chǔ)油箱、電機(jī)、液壓油泵、蓄能器、壓力表、液位計(jì)、壓力控制繼 電器、安全閥、卸荷閥和壓力管線；液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)為液壓油缸，油缸內(nèi)包括柱塞和密封元件； 氣閥卸荷裝置由吸氣閥自帶卸荷器組成，卸荷器頂桿與油缸柱塞接觸；控制系統(tǒng)包括電磁 換向閥、可編程邏輯控制器、固態(tài)繼電器和相關(guān)信號(hào)線纜；信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)包括電渦流傳感器 與鍵相采集系統(tǒng)；
[0010] 該方法包括如下步驟：
[0011] 氣量調(diào)節(jié)設(shè)定參數(shù)為Κ，K = 0?1，代表現(xiàn)場(chǎng)往復(fù)壓縮機(jī)實(shí)際需求排氣量占額定 排氣量的比例；
[0012] 確定液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)時(shí)間參數(shù)，包括：電磁換向閥開啟控制信號(hào)輸出到液壓 執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成頂出動(dòng)作的時(shí)間T 1，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)頂出動(dòng)作時(shí)間T2，電磁換向閥換向控制信 號(hào)輸出到液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成撤回的時(shí)間T 3，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)撤回動(dòng)作時(shí)間T4，電磁換向閥的 最短給電時(shí)間T5，電磁換向閥的最短斷電時(shí)間T 6;輸出電磁換向閥開啟控制信號(hào)的時(shí)間點(diǎn) 與本次調(diào)節(jié)工作循環(huán)鍵相信號(hào)的時(shí)間間隔為T7, T7S 0為相對(duì)本次調(diào)節(jié)工作循環(huán)鍵相信號(hào) 延遲輸出電磁換向閥開啟控制信號(hào)，τ7〈0為相對(duì)本次調(diào)節(jié)工作循環(huán)鍵相信號(hào)提前輸出電磁 換向閥開啟控制信號(hào)，提前量為1~ 7絕對(duì)值；電磁換向閥開啟控制信號(hào)輸出到換向控制信號(hào) 輸出的間隔時(shí)間T8;以上時(shí)間單位均為秒；
[0013] 確定壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)和控制參數(shù)，運(yùn)行參數(shù)包括：壓縮機(jī)工作轉(zhuǎn)速η，單位：轉(zhuǎn)/分 鐘；壓縮機(jī)工作周期時(shí)長(zhǎng)T ;氣體從進(jìn)氣壓力壓縮到排氣壓力的時(shí)間;控制參數(shù)包括：從 壓縮過程開始后進(jìn)氣閥延遲關(guān)閉的時(shí)間Ts，單位：秒，T s = T*arCC〇s (2Κ-1)/2 π ;
[0014] 電磁換向閥開啟控制信號(hào)的輸出以往復(fù)壓縮機(jī)鍵相信號(hào)為基準(zhǔn)，采取兩種方式給 出控制信號(hào)，即：同周期給出開啟控制信號(hào)和相鄰周期給出開啟控制信號(hào)；同周期給出開 啟控制信號(hào)指在本次調(diào)節(jié)周期鍵相信號(hào)時(shí)刻給出開啟控制信號(hào)，給出信號(hào)和執(zhí)行動(dòng)作在同 一個(gè)壓縮機(jī)工作循環(huán)內(nèi)完成；相鄰周期給出開啟控制信號(hào)是指在本次調(diào)節(jié)周期的前一個(gè)周 期給出信號(hào)，與執(zhí)行動(dòng)作在兩個(gè)相鄰周期；
[0015] 時(shí)間控制模式包括單一變時(shí)長(zhǎng)控制、單一定時(shí)長(zhǎng)控制、變時(shí)長(zhǎng)和定時(shí)長(zhǎng)復(fù)合控制 方法三種；
[0016] 單一變時(shí)長(zhǎng)控制指的是在每個(gè)周期中固定的時(shí)間點(diǎn)輸出電磁換向閥開啟控制信 號(hào)，K變化時(shí)控制信號(hào)時(shí)長(zhǎng)T 8相應(yīng)變化；
[0017] 單一定時(shí)長(zhǎng)控制，每個(gè)周期中的控制信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)度固定不變，而改變電磁換向閥 開啟控制信號(hào)發(fā)出時(shí)間點(diǎn)，針對(duì)不同的K計(jì)算確定不同的信號(hào)發(fā)出時(shí)間點(diǎn)；
[0018] 變時(shí)長(zhǎng)和定時(shí)長(zhǎng)復(fù)合控制，在氣量從滿負(fù)荷開始調(diào)節(jié)時(shí)先采用變時(shí)長(zhǎng)的控制方 式，根據(jù)K變化計(jì)算得到不同的控制信號(hào)持續(xù)時(shí)間，當(dāng)給出電磁換向閥換向控制信號(hào)與下 一次給出電磁換向閥開啟控制信號(hào)的時(shí)間間隔ΔΤ= 1.21^4，切換到定時(shí)長(zhǎng)的控制方式， 針對(duì)不同的K計(jì)算確定不同的電磁換向閥開啟控制信號(hào)發(fā)出時(shí)間點(diǎn)，固定控制信號(hào)持續(xù)時(shí) 間；
[0019] 根據(jù)壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)，控制參數(shù)和液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)時(shí)間參數(shù)之間的關(guān)系確定 氣量調(diào)節(jié)的控制方法和控制時(shí)間參數(shù)，具體的步驟包括：
[0020] 首先，判斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)在工作轉(zhuǎn)速下能否實(shí)現(xiàn)0-100%氣量調(diào)節(jié)：根據(jù)壓縮機(jī)工作 轉(zhuǎn)速η計(jì)算得出壓縮機(jī)的一個(gè)工作周期時(shí)長(zhǎng)T，當(dāng)Τ/2- (T2+T3)〈0,執(zhí)行機(jī)構(gòu)不能滿足該轉(zhuǎn)速 壓縮機(jī)0-100%氣量調(diào)節(jié)的要求，則不再執(zhí)行以下步驟；當(dāng)Τ/2-(Τ 2+Τ3)彡0,執(zhí)行機(jī)構(gòu)能滿 足該轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)0-100%氣量調(diào)節(jié)的要求；
[0021] 其次，確定調(diào)節(jié)控制方法：
[0022] 1)對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)和管路，給電時(shí)長(zhǎng)為T5所對(duì)應(yīng)的T i與給電時(shí)長(zhǎng)為T-T 6所對(duì)應(yīng)的 T1的差值，或在給電時(shí)長(zhǎng)為T 5所對(duì)應(yīng)的T 3與給電時(shí)長(zhǎng)為T-T 6所對(duì)應(yīng)的T 3的差值大于T/20 時(shí)，認(rèn)為該執(zhí)行機(jī)構(gòu)和管路對(duì)于給電時(shí)長(zhǎng)的變化較敏感，只能采用定時(shí)長(zhǎng)控制方法；對(duì)于單 一定時(shí)長(zhǎng)控制方法，每個(gè)周期的控制信號(hào)時(shí)長(zhǎng)!^固定不變，取T 8為T i-I^-I^+T/2和T-T62 間的最小值，取T7= - (T 8+T3-T/2) +T延，T7? T s的變化相應(yīng)變化；
[0023] 2)給電時(shí)長(zhǎng)為T5所對(duì)應(yīng)的T i與給電時(shí)長(zhǎng)為T-T 6所對(duì)應(yīng)的T i的差值，或在給電時(shí) 長(zhǎng)為T5所對(duì)應(yīng)的T 3與給電時(shí)長(zhǎng)為T-T 6所對(duì)應(yīng)的T 3的差值小于等于T/20時(shí)，認(rèn)為該執(zhí)行機(jī) 構(gòu)和管路對(duì)于給電時(shí)長(zhǎng)的變化不敏感，對(duì)如下情況進(jìn)行討論：
[0024] a)當(dāng)Τ6-Τ3-ΤΛ < T/2-T3-T5，即Τ6-ΤΛ < T/2-T5時(shí)采用單一變時(shí)長(zhǎng)控制方法能夠?qū)?現(xiàn)氣量0?100%全量程調(diào)節(jié)，T7的取值范圍為[(T 6-T3-T# )，（T/2-T3-T5)]，每個(gè)周期的控 制信號(hào)時(shí)長(zhǎng)T8= T/2-T fIV+Ts，1~8隨T s的變化相應(yīng)變化；
[0025] b)當(dāng)T6-T3-T升> T/2-T3-T5，即T6-T升> T/2-T5則只能采用變時(shí)長(zhǎng)和定時(shí)長(zhǎng)結(jié)合的 復(fù)合控制方法實(shí)現(xiàn)氣量〇?100%全量程無級(jí)調(diào)節(jié)：
[0026] A.對(duì)K = 100%負(fù)荷，給出控制信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)T7= T/2-T3-T5，控制信號(hào)時(shí)長(zhǎng)丁8 = T/2-T3-T5;
[0027] B.負(fù)荷值K從100%減小到0的過程中，若T-T8> I. 2T6，采用變時(shí)長(zhǎng)的控制方式， 給出控制信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)T7= T/2-T 3-T5，控制信號(hào)時(shí)長(zhǎng)T8= T/2-T 3-T5+Ts，1~8隨T s的變化 而變化；
[0028] C.負(fù)荷值K從100%減小到0的過程中，若T-T8S I. 2T6，切換到定時(shí)長(zhǎng)的控制方 式，控制信號(hào)時(shí)長(zhǎng)T8= T-L 2T 6, T7= -T 3-T/2+T延+1. 2T6, ！^隨T延的變化相應(yīng)變化。
[0029] 本發(fā)明涉及的往復(fù)壓縮機(jī)無級(jí)氣量調(diào)節(jié)方法有效地避免了壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速高工作周 期短對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)速度要求高的局限，使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)適用最大范圍工作轉(zhuǎn)速的壓縮 機(jī)。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發(fā)明針對(duì)不同轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)的控制方法原理圖；
[0031] 圖2是本發(fā)明在300r/min空壓機(jī)上實(shí)現(xiàn)的同周期單一變時(shí)長(zhǎng)控制原理示意圖；
[0032