CN101479479A - 用于往复式压缩机的流量的连续调节的装备 - Google Patents

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Abstract

一种用于为往复式压缩机连续调节流量的装备，其设置有：至少一个压缩室(1)，压缩室(1)中以可滑动方式插入有活塞装置(101)，所述活塞装置(101)能够以往复运动的方式移动；至少一个入流阀(2)，用于待被压缩的流体；以及至少一个出流阀(4)，用于在所述室内已被压缩的流体，所述出流阀(4)连接到用于所述压缩流体的存储罐(10)，并且所述入流阀(2)设置有平移装置(502，512)，所述平移装置(502，512)能够作用在所述阀(2)的密闭装置(302)上，所述平移装置(502，512)能够沿垂直于所述密闭装置(302)的平面的方向移动，并且与致动器装置(3，103，203)相互作用，所述致动器装置(3，103，203)借助于适当的操作装置(303，403)能够沿往复运动的方向移动；所述操作装置(303，403)使得可以沿它们的移动的两个方向控制所述致动器装置(3，103，203)的移位速度；设置有用于检测所述致动器装置(3，103，203)的位置的装置(42)、用于检测所述压缩室中的活塞的位置的装置(43)、以及用于检测所设置的存储罐中的压力的装置(41)，所述检测装置(42，43，41)及所述致动装置(3，103，203)的操作装置(303，403)连接到中央处理单元(40)。

Description

用于往复式压缩机的流量的连续调节的装备
技术领域
本发明涉及往复式压缩机，具体地说是涉及用于所述压缩机中的流量的连续调节的装备。
背景技术
存在多种调节流量的可能的方法，包括：所讨论的压缩机外部的装置处于打开/关闭操作，驱动压缩机的马达的速度、分配口和入流口之间的旁通路以及入流口节流阀的变化，而形成所讨论的压缩机的一部分的装置处于怠速/加载运转，回流控制以及附加死腔(dead space)的的引入，所述附加死腔可以是不变的或可变的。
借助于附加死腔的调节通过给气缸添加死腔来提供，以使得能够延迟压力阀的打开，从而减小流量；可以或者通过添加不同容量的各种死腔来执行分级调节，或者通过使用可变容量的附加死腔来连续(无级)调节，如US 2002/0025263 A1中所指出。
在系统中存在存储罐时，不提供流量的连续调节的怠速/加载运转是适当的，并且分配压力的变化是可以接受的；存储罐的压力受滞后调节器的控制。通常，流量受到由气动装置组成的致动器的调节，其通过作用在存在于每个阀内的基体(或推动件)，使得密封元件被保持在预定位置(打开)中，从而使得压缩机怠速(零流量)；当所述装置不运转时，压缩机在最大容量下运转。
操作入流阀的推动件的气动装置的致动频率取决于滞后作用的幅度、存储罐的体积及名义流量与加载的最小流量之间的最大的不平衡；但是，必需限制所述值以避免气动装置的过度磨损。
压缩机流量的这种控制引起了“怠速运转”状态下综合效率的降低以及的动力参数的降低；此外，在“怠速运转”中产生的热量未散发掉，从而增加了密封元件的温度。最终，没有位置控制的致动器的使用、其有限的响应时间和升高时间、并且具有有限截面及相当大的死腔的长管道的存在以及与压缩机轴的运动不同步使得以失控的速度在密封元件和推动件之间产生大量接触，这降低了这些阀的可靠性，引起推动件的磨损及密封元件的损裂。
在最大流量情况下，通过相对于关闭点延迟入流阀的关闭来提供回流控制。在入流阀保持打开期间已进入缸体的气体以正比于压缩行程部分的量回流到入流导管。
连续调节的使用可以使用有限容量的存储罐，因为实际上不存在压力变化。到目前为止用于控制这些阀的密封元件的位置的致动方法是气动或油液压式的。
文献US 2004/0091365 A1和US 5 988 985中描述了一些基于连续回流调节的装置的示例。这些装置基于供应到活塞的流体而使用不同的致动系统。这两种系统都需要有用于调节用于致动的流体的压力的面板。
发明内容
因此，本发明的目的是通过使用限制了阀部件磨损的、非常简单的装置提供一种用于连续调节往复式压缩机中的流量的装备。
因此，本发明提出了一种用于为往复式压缩机连续调节流量的装备，其设置有：至少一个压缩室，压缩室中以可滑动方式插入有活塞装置，所述活塞装置能够以往复运动的方式移动；至少一个入流阀，用于待被压缩的流体；以及至少一个出流阀，用于在所述室内已被压缩的流体，所述出流阀连接到用于所述压缩流体的存储罐，并且所述入流阀设置有平移装置，所述平移装置能够作用在所述阀的密闭装置上，所述平移装置能够沿垂直于所述密闭装置的平面的方向移动，并且与致动器装置相互作用，所述致动器装置借助于适当的操作装置能够以往复运动沿所述方向移动；所述操作装置使得可以沿它们的移动的两个方向控制所述致动器装置的移位速度；设置有用于检测所述致动器装置的位置的装置、用于检测压缩室中的活塞的位置的装置、以及用于检测存储罐中的压力的装置，所述检测装置及所述致动装置的操作装置连接到中央处理单元。
在优选实施方式中，所述致动器装置的操作装置是机电式的，并且具体地说它们包括两个电磁线圈。所述致动器装置包括推杆，在推杆中间部分中设置有径向凸出的可磁化部分，所述可磁化部分与所述电磁线圈相互作用，并且通过使用适当的弹性加载装置平衡地设置在电磁线圈之间。推杆的一端连接到所述密封元件的所述平移装置，同时其相对端与用于检测其位置的装置相互作用。
附图说明
通过本发明实施方式的如下详细描述，进一步的优点和特点将变得更加清楚，这些实施方式是参照附图以示例但非限制性的方式提供的，图中：
图1是设置有根据本发明的装备的压缩机的示意图；
图2是以截面的方式示出部件的侧视图，示出了图1的压缩机的入流阀的细节；
图3是图2的细节的纵向截面的放大视图；
图4以截面的方式示出本发明的一不同实施方式的细节；
图5是在从关闭的阀状态移动到打开的阀位置期间入流阀的致动器的位置随时间变化的曲线图；
图6是设置有根据本发明的装备的压缩机的压力-体积图；以及
图7是一组示出阀和致动器的密封位置和信号的变化的图。
具体实施方式
图1示意性地示出设置有根据本发明的装备的压缩机；压缩室用1来标识。所述压缩室1基本上是筒状的，并且双作用式活塞101插到此压缩室中，所述活塞101通过推杆111连接到传动轴20，传动轴20借助于皮带轮21和皮带33连接到皮带轮31，皮带轮31键接到齿轮马达30的轴32；传动轴20设置有用于检测其位置的传感器43，传感器43连接到中央处理单元40。压缩室1设置有两个入流口201和两个出流口301；每个入流口设置有自动阀2，自动阀2设置有致动器装置3，这将在后面更详细地描述和说明；在所述致动器装置3上设置有传感器42以及控制和监视装置45，所述传感器42以及控制和监视装置45进而连接到中央处理单元40。出流口301也设置有自动阀4，压缩流体通过自动阀4被排入到存储罐10中，存储罐10的压力借助于传感器41进行监视，传感器41也接到中央处理单元40，中央处理单元40还具有操作者界面模块44。
图2更全面地示出了入流阀组件2。所述阀2设置在压缩室1的口201上，并且被封装在容纳体102中，容纳体102的一端处设置有径向凸缘122，凸缘122通过固定装置132连接到压缩室1的外壁，同时其相对端设置有衬套142，并且通过衬套142连接到致动器装置3。在口201内设置有阀2的衬座202，衬座202包括用于流体的通道212以及用于密封元件302的弹性加载装置222，密封元件302的通道312与衬座202的通道212同轴。在密封元件302的外侧设置有座402，座402的通道412相对于密封元件和衬座的通道偏置。推动件502的尖头512穿过所述通道，所述推动件能够相对于口201轴向地滑动，并且定位成与座402的凸出轴322同轴。在推动件502内部设置有弹簧342，弹簧342的一端支承在从轴322凸出的凸缘332上，同时其另一端支承在推动件502的封闭表面522上。
从致动器3延伸出的推杆103轴向地支承在所述封闭表面522的外向朝向的表面上，此推杆基本上穿过所述致动器3的整个长度，并且基本上在推杆的中间部分中具有移动元件203，移动元件203呈由能够磁化的材料制成的盘的形式且键接到所述推杆103，所述移动元件位于两个电磁线圈303和403之间并且能够在给定的路径上往复移动。在致动器3内设置有分别与推杆103的凸缘113和123相互作用的弹性加载装置213和223。
图3以更详细的方式示出了入流阀2的致动器3；相同的附图标记指代相同的部件。推杆103由互相连接的多个段组成，包括：端部133，用于与推动件502互相作用(参见图2)；部分143，其承载与弹簧213相互作用的凸缘113，并且借助于螺钉193耦接到部分153以将移动元件203支撑在两个电磁线圈303和304之间，所述电磁线圈303、304分别被固定装置323和423支撑在它们相应的盘313和413上。致动器3包括筒状体803，电磁线圈303和403的控制和监视探头45径向地插设在筒状体803中，此探头连接到在图1中用附图标记40标识的中央处理单元。筒状体803的面对入流阀2的端部处借助于固定装置813连接有端头703，该端头轴向地设置有用于容纳弹簧213的腔723，并且设置有带螺纹的柄713，所述柄713用于与阀2的容纳体102的衬套142相互作用。柄713和腔723是同轴的，并且插设推杆103的端部133的通道733穿过此二者。
致动器3的筒状体803的相对端包括盖603，盖603设置有带有螺纹的轴向孔613，也具有螺纹的块状件503插到所述轴向孔613中；所述块状件具有：腔513，其面向致动器的内部，与推杆103的凸缘123相互作用的弹簧223推压到此腔中；以及腔543，其面向致动器3的外部，此腔容纳连接到推杆103的端部163的盘173，所述盘173与传感器42相互作用。这两个腔借助于通道533连通，推杆103的端部163穿过该通道533。块状件503的位置能够借助于锁止螺栓523来固定。
图4示出本发明的不同实施方式。相同的附图标记表示相同的部件。在该图中，块状件503被块状件903取代，块状件903设置有凸缘913，凸缘913设置有密封装置923，其支承在盖603上，所述块状件903螺纹连接到盖603中。推杆103的端部163穿入到块状件903内的室933中，室933借助于孔943和管道953与上述阀上游的环境连通；室933被盖963封闭。
具体地参照上述附图以及图5至7中的曲线图，通过下面的文本将使得根据本发明的装备的操作更加清楚。如在引言部分所说，往复式压缩机的流量调节中最主要的问题之一是作用在入流阀的密封元件上的装置的适当控制以改变其打开和关闭时间的问题。这些装置对给定命令的响应时间以及它们在密封元件上的碰击程度是实现入流阀的最优操作并最终实现压缩机流量的最优调节的关键因素。
在根据本发明的装备中，通过提供密封元件移动装置实现了这种解决方案，在这种情况下是阀2的推动件502，其具有尖头512，作用在密封元件302的表面上，致动器装置被操作成使得它们移位的速度沿它们运动的两个方向都能够受到控制，具有显著减小的反应时间。在这种情况下，该操作由两个电磁线圈303和403提供，这两个电磁线圈303和403引起固定到推杆103的移动元件203的移位。处理单元40借助于位于轴20上的传感器43检测活塞101的位置，然后调整推杆103的移动。如图5的曲线图中所示，在从阀的关闭状态到打开状态的移动中，致动器的推杆103和如图2中所示初始附接到电磁线圈403的移动元件一起相当快地向着已经处于打开状态的密封元件302移动；推杆103的动作接下来变得显著减小。
气动致动器的移动部件并且因此入流阀的推动件具有非常慢的运动，等于几个压缩循环，并且因此在推动件和阀密闭装置之间发生一系列碰击。机电式致动器的高的移动速度使得可以在工作循环的有限部分内完成整个的压缩机加载循环，因而控制密封元件对阀座的碰击的速度，并且避免推动件和密封元件之间一系列的碰击。
因而在将引起密封元件302的劣化的应力参数保持为最小的同时，实现了压缩机的流量的调节；这是因为在其表面和推动件502的尖头512之间的接触总是以非常低的速度、以合理的低程度的碰击发生。此外，通过传感器42，中央处理器总是能够精确地确认推杆103的位置，并且因此能够借助于控制和监视探头45适当地调节发送到电磁线圈303和403的信号。应当注意，借助于块状件503能够调节致动器3的推杆103的位置，并且类似地根据致动推动件502所需的行程也能够便利地选择电磁线圈303和403之间的距离。
图4示出了变型，其提供了一种上述调节推杆103的位置的系统的替代方案。当在推杆133的端部处具有压力流体时，室933维持作用在移动部件上的力之间的平衡；通过管道953连接到相应阀上游的环境的所述室933使得可以消除阀上游的环境中的压力变化的效果，推杆133上与推动件接触的终端部分位于所述环境中。因为入流口直径和出流口直径之间存在不同，只要保证的横截面等于推杆133的横截面，则作用在推杆上的力的合力为零。
图6示出连续调节对往复式压缩机的PV图的影响；应当注意，与最大流量运转(图A)时相比，在压缩开始时保持入流阀打开降低了机器的流量(图B)。
参照具有“怠速/加载”式步进式调节的往复式压缩机的运转，图7示出了从传感器43获取的信号(图C)、用于将机器切换到怠速的信号(图D)以及指示阀的密封元件的位置(图E)以及致动器3的移动元件的位置的信号(图F)的变化。
致动器的移动部件并非在信号(D)的上升沿时而是在来自传感器43的信号(C)的上升沿时起动其定位，以便于避免由气缸的高内压引起的高接触力：在此情况下，入流阀已经打开，因为不存在由于推动件和密封元件之间的碰击产生的接触压力。
类似地，在致动器推杆的返回期间，由于返回速度有限，避免了气动致动器中发生的现象：气动致动器的移动部件以及因此入流阀的推动件移动非常慢，等于几个压缩循环，因此在阀的推动件和密封元件之间发生一系列碰击。机电致动器的高的移动速度使得在工作循环的有限部分内可以完成整个的压缩机加载循环，因而控制密封元件碰击阀座的速度，并且避免推动件和密封元件之间一系列的碰击。

Claims (7)

1.一种用于为往复式压缩机连续调节流量的装备，其设置有：至少一个压缩室(1)，压缩室(1)中以可滑动方式插入有活塞装置(101)，所述活塞装置(101)能够以往复运动的方式移动；至少一个入流阀(2)，用于待被压缩的流体；以及至少一个出流阀(4)，用于在所述压缩室内已被压缩的流体，所述出流阀(4)连接到用于所述压缩流体的存储罐(10)，并且所述入流阀(2)设置有平移装置(502，512)，所述平移装置(502，512)能够作用在所述阀(2)的密闭装置(302)上，所述平移装置(502，512)能够沿垂直于所述密闭元件(302)的平面的方向移动，并且与致动器装置(3，103，203)相互作用，所述致动器装置(3，103，203)借助于适当的操作装置(303，403)能够以往复运动沿所述方向移动，其特征在于，所述操作装置(303，403)使得可以沿它们的移动的两个方向控制所述致动器装置(3，103，203)的移位速度；设置有用于检测所述致动器装置(3，103，203)的位置的装置(42)、用于检测所述压缩室中的活塞的位置的装置(43)、以及用于检测所述存储罐中的压力的装置(41)，所述检测装置(42，43，41)及所述致动装置(3，103，203)的操作装置(303，403)连接到中央处理单元(40)。
2.如权利要求1所述的装备，其中，所述致动器装置(3，103，203)的操作装置(303，403)是机电式的。
3.如权利要求2所述的装备，其中，所述致动器装置包括推杆(103)，所述推杆(103)的中间部分中设置有移动元件(203)，所述移动元件(203)径向伸出并且能够被磁化，所述移动元件与两个电磁线圈(303，403)相互作用，并且通过适当的弹性加载装置(213，223)平衡地设置在所述两个电磁线圈之间。
4.如权利要求3所述的装备，其中，所述推杆(103)的一端(133)与所述密封元件(302)的所述平移装置(502，512)相互作用，同时其相对端(163，173)与用于检测其位置的装置(42)相互作用。
5.如权利要求3或4所述的装备，其中，所述弹性加载装置(213，223)相对于所述推杆(103)以可调节的方式被加载。
6.如权利要求5所述的装备，其中，用于调节所述弹性加载装置的装置包括：可移动体(503)，其与所述弹性加载装置(223)相接触并且位于所述致动器装置(3)的与面对所述阀(2)的端部相反的端部处；设置用于锁定所述可移动体(503)的装置(523)。
7.如权利要求5所述的装备，其中，用于调节的装置包括室(933)，在所述室中插有所述推杆(103)的端部(163)，该端部(163)同与所述移动装置(502，522)相互作用的端(133)相对设置，所述室与所述阀(2)上游的环境流体连通(943，953)。
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