CN100412365C - 一种基于时间控制顶开活塞压缩机进气阀的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于时间控制顶开活塞压缩机进气阀的装置。此装置主要由外套筒，内套筒和中间旋转轴组成。来自供油系统的连续压力油从进油口进入，经油压分配器调节后成为压力脉冲油，并从出油口输出。通过内套筒在轴向的移动，改变出油口对应于油压作用区的不同位置实现不同的液压作用时间，改变进气阀的顶开持续时间。顶开时间越长，气缸内气体回流越多，实际被压缩的气体量越少，从而达到改变压缩机排气量的目的。内套筒出油孔对应于旋转轴油压作用区的具体位置由压缩机需要调节的排气量来决定。该装置使活塞压缩机排气量在10～100%范围内实现无级连续的调节。

Description

一种基于时间控制顶开活塞压缩机进气阀的装置

技术领域

本发明涉及一种基于时间控制顶开活塞压缩机进气阀的装置。

背景技术

活塞压缩机广泛应用于炼油、天然气输送等高压比、压缩介质为小分子的场合。应用于流程生产工艺过程中的活塞压缩机一般具有大型、高压、耗电量大、售价高的特点。对于一台固定压缩机其额定排气量是不变的，所以在非恒定工况的活塞压缩机中配备气量调节装置必不可少。顶开进气阀调节以其调节范围大、能耗小、操作简单等优点而备受关注。

图1为顶开进气阀调节排气量的原理性指示功图，图中1-2-3-4是活塞式压缩机正常运行时的示功图，1-5-6-3-4是顶开进气阀调节气量时的示功图。可以看出在具备气量调节系统的压缩机工作循环中增加了一个缸内气体向进气管路逆向流动的过程，可称为回流过程。它使示功图中的压缩过程线平移、排气过程线缩短。于是随排气量减少，指示功也相应减少，达到了节气并节能的目的。

基于时间控制在部分行程顶开进气阀活塞压缩机气量调节装置已有公示，例如，在美国专利文献US5833209A中公开的装置。在此专利报道中的装置，是通过一只高频液压开关阀来产生液体压力脉冲，并把高频液压开关阀及其控制元件和进气阀顶开机构集成在一起组成一个执行机构。大型压缩机是不间断运行，其转速一般在330转/分左右，采用高频液压开关阀，一年内的开关动作次数高达1.7×10⁸次，对材料的疲劳寿命提出了很高的要求。而且采用这种装置，在每个进气阀上都需安装一套这样的执行机构，投资巨大，维护费用高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于时间控制顶开活塞压缩机进气阀的装置(或称为油压分配器)。能够在压缩机压缩行程开始时刻提供顶开进气阀的液压力并能在规定的时间内卸除，从而满足压缩机排气量在10～100％范围内无级可调的要求，使其功耗随排气量降低而成比例下降。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

包括外套筒，内套筒，中间旋转轴和两个步进电机；内装有中间旋转轴的内套筒与外套筒形成滑动配合；中间旋转轴的中部开有卸压区和油压作用区；内套筒和外套筒之间装有导向键；步进电机通过连接套与内套筒开口端的中间旋转轴相连，另一步进电机通过丝杆与内套筒另一端相连；油通过外套筒进油口经内套筒环形油槽，内套筒油孔，中间旋转轴环形油槽，中间旋转轴径向流道，轴向流道，径向流道，到达中间套筒的油压作用区；内套筒油孔对准油压作用区时，油经内套筒轴向油槽，经外套筒出油口流出本装置流向压缩机进气阀卸荷器油缸，内套筒油孔对准卸压区时，从进气阀卸荷器油缸回来的油经外套筒出油口，内套筒轴向油槽，内套筒油孔到达卸压区，再经卸压区油孔，中间旋转轴两流道，端盖回油孔到达液压油站。

所述的中间旋转轴中部表面开有两组直角三角形油压作用区和三角形斜边平行在斜边一侧的平行四边形卸压区，在卸荷区上开有油孔，同时，在油压作用区上开有油孔。

本发明具有的有益效果是：

该装置使活塞压缩机排气量在10～100％范围内实现无级连续的调节。由于一个油压分配器可以同时控制多个压缩机进气阀，实现压缩机排气量无级调节成本低。由于油压分配器采用纯机械结构的形式，没有采用复杂的电控设备和高频液压阀，使得系统在压缩机气量调节运转过程中具有很高的可靠性和稳定性。

附图说明

图1是部分行程顶开进气阀调节示功图，

图2是本发明的结构原理示意图；

图3是本发明的中间旋转轴的结构原理示意图；

图4是本发明的调节位置示意图；

图5是本发明用在压缩机气量无级调节系统图；

图6本发明输出的压力脉冲图。

图中：7、步进电机，8、可调螺母，9、丝杆，10、外套筒，11、压盖，12、外套筒进油口，13、内套筒环状油槽，14、内套筒，15、导向键，16、端盖，17、轴承，18、连接套，19、步进电机，20、支座，21、端盖，22、支座，23、中间旋转轴，24、环形油槽，25、油孔，26、外套筒出油口，27、轴向油槽，28、油孔，29、分配器回流腔，30、回油孔，31、流道，32、流道，33、流道，34、流道，35、支座，36、流道，37、流道，38、轴承，39、卸压区，41、油孔，42、油压作用区，43、步进电机控制器和计算机控制系统，44、卸荷器油缸，45、压叉，46、气缸，47、飞轮，48、编码器，49、压力传感器，50、油压分配器，51、位移传感器，52、液压油站。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图2所示，本发明包括装在支座22上的外套筒10，内套筒14，中间旋转轴23和两个步进电机；内装有中间旋转轴23的内套筒14与外套筒10形成滑动配合；中间旋转轴23的中部开有卸压区39和油压作用区42；内套筒14和外套筒10之间装有导向键15；步进电机19通过连接套18、与内套筒开口端的中间旋转轴23相连，步进电机装于支座35上，中间轴23右端由轴承17和端盖16支撑，另一步进电机7通过丝杆9与内套筒另一端相连，步进电机7装在支座20上，丝杆9由轴承38和端盖21支撑；油通过外套筒进油口12经内套筒环形油槽13，内套筒油孔25，中间旋转轴环形油槽24，中间旋转轴径向流道31，轴向流道36，径向流道37，到达中间套筒的油压作用区42；内套筒油孔28对准油压作用区42时，油经内套筒轴向油槽27，经外套筒出油口26流出本装置流向压缩机进气阀卸荷器油缸44，内套筒油孔28对准卸压区39时，从进气阀卸荷器油缸回来的油经外套出油口26，内套筒轴向油槽27，内套筒油孔28到达卸压区39，再经卸压区油孔40，中间旋转轴两流道33、34，端盖回油孔30到达液压油站52。

所述的中间旋转轴中部表面开有两组直角三角形油压作用区42和三角形斜边平行在斜边一侧的平行四边形卸压区39，在卸压区上开有油孔，同时，在油压作用区上开有油孔41。

如图2所示，来自供油系统的连续压力油从外套筒进油口12经油压分配器，再从外套筒出油口26输出压力脉冲油。中间旋转轴23由步进电机19驱动旋转，内套筒14由步进电机7带动只能在轴向移动，外套筒10固定。当布置于内套筒14的油孔28对准油压作用区42时，从油压分配器输出的压力油作用于卸荷器油缸44中的活塞(如图5所示)，进而推动压叉顶开进气阀。当油孔28与卸压区39相通时从卸荷器油缸44回流过来的压力油则通过卸压区的流道经油压分配器50的回流腔最后返回到液压油站52。

内套筒14和外套筒10之间装有导向键15，使得内套筒只能在轴向移动而不会有旋转运动。步进电机7通过可调螺母8、丝杆9和压盖11与内套筒相连，压盖11使得丝杆9和内套筒相联，除两者间有间隙外保证无相对的转动和左右位移。由于内套筒已被导向键15限制了相对于外套筒的转动，当步进电机7旋转时，带动相对于丝杆9可旋转的可调螺母8一起旋转。因可调螺母和丝杆为螺纹连接，最终，步进电机的旋转使丝杆带动内套筒14相对于外套筒10和中间旋转轴23进行左右移动。

如图3所示，在中间旋转轴表面设计的油压作用区42形状为一个直角三角形，直角三角形的轴向直边在中间旋转轴旋转时在时间上对应于活塞的压缩行程开始时刻，从经过内套筒上的出油口的次序来看，以油压作用区的直边在先斜边在后的方向为中间旋转轴的旋转方向。中间旋转轴在周向布置两组对称的油压作用区和卸压区，一方面使油压作用区的油压对中间旋转轴的径向作用力平衡，另一方面使一个油压分配器可以提供顶开双作用压缩机气缸两侧进气阀的压力脉冲。

结合图2和图3，来自供油系统的连续压力油由进油口12进入油压分配器，经过内套筒环状油槽13，通过油孔25到中间旋转轴上的环状油槽24，通过中间旋转轴23上的流道31经中间旋转轴轴芯的流道36，最后经流道37与中间旋转轴上对称分布的油压作用区42相连。这样的设计可以保证油压对内套筒和中间旋转轴的径向力平衡，同时对中间旋转轴起到支撑的作用。环形油槽13和24的轴向长度应保证在内套筒轴向移动过程中油孔25始终能够连通环形油槽13和24。在中间旋转轴转动过程中，当内套筒油孔28和油压作用区42相连时，高压油经油槽27、外套筒出油口26加压到卸荷器，通过压叉顶开至少一个进气阀阀片，使气体回流。随着中间旋转轴的转动，当内套筒油孔28和卸压区39相连时卸荷器油缸中的液压油则经外套筒出油口26、轴向油槽27、油孔28反向流到卸压区，经卸压区油孔，流道32、流道33、流道34到分配器回流腔29，液压油再经回油孔30返回到液压油站52，完成一个循环。

步进电机7控制内套筒相对于中间旋转轴的轴向位置，即调节内套筒油孔28相对于旋转轴上油压作用区42和卸压区39的位置，从而改变液压作用时间的长短。如图2所示的内套筒与中间旋转轴的相对位置，即内套筒油孔28对应于加压区最长周向长度时，相当于在压缩机整个压缩行程进气阀都被顶开，压缩机以空负荷运行；而如图4所示的位置，内套筒油孔28对应加压区长度最短的位置时，此时油压分配器输出最短的油压持续时间(进气阀顶开时间接近为零)，压缩机接近满负荷运转时的情况。

如图5所示，表示应用本发明实现往复压缩机气量无级调节的系统图。液压油站52提供一压力恒定可调的压力油到油压分配器50中，油压分配器通过两端步进电机7、19的带动在一个压缩机活塞运动周期内输出持续时间可调的方波压力脉冲。用压力传感器49可以获得油压分配器出口的压力大小，如图6所示。压力脉冲周期间断地作用于卸荷器油缸44，推动压叉45在压缩机压缩行程开始前顶开至少一个进气阀阀片，活塞反行程运动推动气缸46内部分气体回流到进气腔中。步进电机19的起始位置确定和转速同步的信号由与压缩机曲轴相连的飞轮47顶端的编码器48提供，同时油压分配器的中间轴位置由位移传感器51信号确定。在油压分配器卸除液压油压力后，受气缸内压缩气体和压叉内弹簧力的推动，进气阀片关闭，缸内气体开始压缩；卸荷器油缸内的高压油经回流管路到分配器，最后回流到液压油站中。步进电机控制器和计算机控制系统(或者外接DCS系统)43实现整个系统的平稳运行，通过调整计算机(或者DCS)的控制策略可很方便的对系统进行控制优化。另外，由于油压分配器采用纯机械形式的油压分配器50，没有采用复杂的电控设备和高频液压阀，使得系统在运行过程中具有更高的可靠性和稳定性。

Claims (2)

1. 一种基于时间控制顶开活塞压缩机进气阀的装置，其特征在于：包括外套筒(10)，内套筒(14)，中间旋转轴(23)和两个步进电机；内装有中间旋转轴(23)的内套筒(14)与外套筒(10)形成滑动配合；中间旋转轴(23)的中部开有卸压区(39)和油压作用区(42)；内套筒(14)和外套筒(10)之间装有导向键(15)；步进电机(19)通过连接套(18)与内套筒开口端的中间旋转轴(23)相连，另一步进电机(7)通过丝杆(9)与内套筒另一端相连；油通过外套筒进油口(12)经内套筒环形油槽(13)，内套筒油孔(25)，中间旋转轴环形油槽(24)，中间旋转轴径向流道(31)，轴向流道(36)，径向流道(37)，到达中间套筒的油压作用区(42)；内套筒油孔(28)对准油压作用区(42)时，油经内套筒轴向油槽(27)，经外套筒出油口(26)流出本装置流向压缩机进气阀卸荷器油缸(44)，内套筒油孔(28)对准卸压区(39)时，从进气阀卸荷器油缸回来的油经外套筒出油口(26)，内套筒轴向油槽(27)，内套筒油孔(28)到达卸压区(39)，再经卸压区油孔，中间旋转轴两流道(33、34)，端盖回油孔(30)到达液压油站(52)。

2. 根据权利要求1所述的一种基于时间控制顶开活塞压缩机进气阀的装置，其特征在于：所述的中间旋转轴中部表面开有两组直角三角形油压作用区(42)和三角形斜边平行在斜边一侧的平行四边形卸压区(39)，在卸荷区上开有油孔，同时，在油压作用区上开有油孔(41)。

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