CN101985926B - 液压活塞式压缩机排气量无级调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及压缩机排气量调节技术，其公开了一种液压活塞式压缩机排气量无级调节方法，解决传统技术中的调节方式增加能耗和设备成本的问题。其技术方案的要点可概括为：设定所需要的排量；检测当前液压缸压缩行程的换向点和当前排量；在进气单向阀打开信号发出后，位移传感器立即检测此时气缸活塞位置，控制计算机计算步进值；通过比较设定的排量和当前排量的大小调整换向点步增或步减。本发明调节方式简单、不增加额外能耗，保证气量调节的可靠性，尤其涉及液压活塞式压缩机气量调节。

Description

液压活塞式压缩机排气量无级调节方法
技术领域
本发明涉及压缩机排气量调节技术，具体的说是涉及液压活塞式压缩机排气量无级调节方法。
背景技术
众所周知，活塞式压缩机是机械工业中极为重要的产品之一，在国防、冶金、化工、炼油等部门得到了广泛的应用。在生产过程中，工艺的变化和原料种类的变更，要求活塞压缩机的排气量能在一定范围内连续调节。现有的的排气量调节方式很多，如旁路调节、附加余隙气量调节、部分行程顶开进气阀调节等。上述的方式虽然能满足排气量调节的要求，但是都需要安装复杂的调节机构，例如：旁路调节为使压缩后的气体降压，需要在旁路安装截流阀；附加余隙气量调节中余隙容积决定排气量的大小，而要改变余隙容积，需要在气缸头增加附加调节装置来实现。可见，上述调节方式不仅增加了能耗和设备成本，而且降低了设备的使用可靠性。
液压活塞式压缩机是随着液压技术的发展逐渐兴起的一种往复式压缩机，它是由液压缸驱动活塞杆直线往复运动，无曲柄连杆机构，具有工作状况平稳，震动小，工作寿命长，效率高等优点。此外，由于液压缸活塞杆行程具有无级任意位置的可操控性，使得液压活塞式压缩机通过控制活塞杆行程实现的排气量调节变得更加简单、可靠、节能，这无疑对液压活塞式压缩机在机械工业推广运用有重要价值。目前，还没有一种有效的针对液压活塞式压缩机排气量无级调节方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种液压活塞式压缩机排气量无级调节方法，解决传统技术中的调节方式增加能耗和设备成本的问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：液压活塞式压缩机排气量无级调节方法，包括以下步骤：
a.在控制计算机上设定所需要的排量Q；
b.检测当前液压缸压缩行程的换向点B0和当前排量Q0；
c.在进气单向阀打开信号发出后，位移传感器立即检测此时气缸活塞位置，控制计算机计算步进值H；
d.比较所需要的排量Q与当前排量Q0的大小，如果Q＜Q0，则需调整换向点B0步增H，如果Q＞Q0，则需调整换向点B0步减|H|；
e.判断计算得出的调整换向点B0后的位置是否会超出极限位置，如果超出，则控制行程在极限值之内并发出警报，提醒操作者排气量调节范围过大，如果未超出，则执行步骤f；
f.按照步骤d调整换向点B0；
步骤c中，控制计算机计算步进值H的方法是：
c1.压缩机在进入本次压缩行程时，控制计算机检测并记录气缸活塞压缩过程起始位置B1，当前排量Q0；
c2.压缩机完成本次压缩过程进入膨胀过程，控制计算机在检测到进气单向阀打开信号后，通过位移传感器检测气缸活塞当前位置A，并计算出A点到B1点的距离S0，S0即为压缩机在当前排量为Q0时的吸气行程；
c3.通过公式H=a(Q0-Q)S0/Q0计算换向点步进值H,式中a为预设调整系数。
步骤c3中，所述a取值0.25。
本发明的有益效果是：调节方式简单、不增加额外能耗，保证气量调节的可靠性。
附图说明
图1为液压活塞式压缩机的结构示意图；
图2为实施例中的调节方法流程图；
图3为压缩机气缸吸气过程示意图。
图中：1、23为一级进气单向阀,2为位移传感器,3、21为压缩缸端板，4、20为一级排气单向阀，5、22为一级压缩腔，6、18为气缸活塞,7、19为增压气缸,8、17为二级压缩腔，9、16为油缸隔板，10、15为二级进气单向阀，11为活塞杆，12为液压油缸，13为油缸缸体，14为油缸活塞，24、26为2级排气单向阀，25为三位四通电磁换向阀，27为流量计。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述。
本发明提出一种液压活塞式排气量无级调节方法，解决传统技术中的调节方式增加能耗和设备成本的问题。下面首先介绍一下液压活塞式压缩机的工作原理，如图1所示，当三位四通电磁换向阀25处于左位，液压油进入油缸右腔，同时左腔回油，油缸活塞14在液压油推动下左移，通过活塞杆11连接的气缸活塞6也左移并对1级压缩腔5内的气体进行压缩，压缩气体经一级排气单向阀4和二级进气单向阀10进入2级压缩腔8；另一方面，右边气缸活塞18左移对2级压缩腔17内压缩气体进行2级压缩，然后经二级排气单向阀24排出，同时右边气缸活塞左移使1级压缩腔22增大，气体经单向阀23进入1级压缩腔22。当左端气缸活塞运行到换向点时，PLC控制器发出换向信号，使三位四通电磁换向阀25换向，液压油进入油缸左腔（同时右腔回油），油缸活塞右移，右气缸活塞18也右移并对1级压缩腔22内的气体进行压缩，压缩气体经一级排气单向阀20和二级进气单向阀15进入2级压缩腔17；另一方面，左边气缸活塞右移对2级压缩腔8内压缩气体进行2级压缩，然后经二级排气单向阀26排出，同时气体经单向阀1进入1级压缩腔5。当右端气缸活塞运行到换向点时，PLC控制器发出换向信号，使三位四通电磁换向阀25换向。如此往复，完成对气体进行连续压缩，流量传感器27检测最终排气量并反馈到控制计算机。
液压活塞式压缩机的正常工况是全排量运行，余隙容积和吸气体积通过换向点的控制保持在恒定值。如果需要进行排气量调节，即可由当前工况切入排量控制程序。
控制系统以排气量为主控对象，通过比较排气量的实测值和设定值，适时调整液压缸换向点，一方面调整压缩气缸的余隙容积，另一方面调整膨胀气缸的吸气量，从而对排气量实现闭环控制。
实施例：
如图2所示，本例中的液压活塞式压缩机的排气量无级调节方法，采用以下方式实现：启动压缩机后，压缩机处于全排量正常运行过程中，当需要对排气量进行调节时，在控制计算机上设定所需要的排气量Q，切入排气量控制程序，通过位移传感器和流量计分别检测当前液压缸压缩行程的换向点B0和当前排量Q0，在进气单向阀打开信号发出后，位移传感器立即检测此刻气缸活塞位置，控制计算机根据设定公式计算步进值H。如果Q<Q0，则H值大于零，说明实际排量大于设定排量，需要调整换向点B0步增H，一方面减小吸气体积，另一方面增大压缩腔的余隙容积，以达到减小排量的目的；如果Q>Q0，则H值小于零，说明实际排量小于设定排量，需要调整换向点B0步减H，一方面增大吸气体积，另一方面减小压缩腔余隙容积，以达到增大排量的目的。如果控制计算机判断换向点设置错误，则转换回排气量设置菜单，要求用户重新设置有效的排气量。如果判断换向点正确，即按新的换向点执行换向。循环此流程，使实际排气量逐渐逼近设定排气量。
确定合理的换向点步进值H是该控制系统最重要的环节。步进值H越大，排量调节速度越快，但是控制精度越低；步进值H越小，排量调节速度越慢，但是精度越高。步进值大小处理的好，气量调节才能更准，更快。接下来阐述如何计算步进值H:
如图3所示，位置e为气缸活塞在吸气终了位置（活塞杆右向运动换向点），从位置e开始到位置c（活塞杆左向运动换向点）为气缸的压缩行程，从位置c到位置d为气缸的膨胀过程，活塞运动到位置d时进气单向阀打开，压缩缸开始进入吸气状态，直到回到位置e，吸气过程结束，整个压缩过程结束。具体计算方式如下：
压缩机在进入本次压缩行程时，控制计算机检测并记录气缸活塞压缩过程起始位置B1（图中标号c所示位置），当前排量Q0；
压缩机完成本次压缩过程进入膨胀过程，控制计算机在检测到进气单向阀打开信号后，通过位移传感器检测气缸活塞当前位置A（图中标号d所示位置），并计算出A点到B1点的距离S0，S0即为压缩机在当前排量为Q0时的吸气行程；
通过公式H=a(Q0-Q)S0/Q0计算换向点步进值,式中a为预设调整系数，主要是防止大范围调节（如由当前排气量100%突然调节到当前排气量的50%以下）时步进值过大，导致换向点设置超行程。根据本发明中的压缩机的结构参数取a=0.25。
计算新的换向点位置B=B0+H，循环执行以上流程。
在系统运行中，可能会出现以下情况：
当压缩机处于正常工作时，如果根据生产要求，需要极大的提高或者降低压缩机排气量时，虽然有调整系数a，但是仍有可能会出现排气量调节范围过大导致步进值H过大，使换向点设置超行程。所以，在通过公式B=B0+H计算出换向点B时，系统会自动的判别换向点B是否超过其极限位置，如果超出，即发出警报，提醒使用者排气量调节范围过大，使用者可能通过先缩小调节范围，分多次调节，最终调节到理想的排气量。
可以看出，本发明与传统技术相比，其优势体现在：
1.与传统的排气量调节方式相比，该控制方式最大的优势是不增加复杂的机械结构。即实现了排气量控制，又不降低设备整体的可维护性和使用可靠性、不增加设备额外能耗.
2.通过换向点的步进调节可以实现双作用液压驱动活塞式压缩机排气量0-100%无极调节。
3.便于远程控制和实时监控。

Claims (2)

1.液压活塞式压缩机排气量无级调节方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.在控制计算机上设定所需要的排量Q；
b.检测当前液压缸压缩行程的换向点B0和当前排量Q0；
c.在进气单向阀打开信号发出后，位移传感器立即检测此时气缸活塞位置，控制计算机计算步进值H；
d.比较所需要的排量Q与当前排量Q0的大小，如果Q＜Q0，则需调整换向点B0步增H，如果Q＞Q0，则需调整换向点B0步减|H|；
e.判断计算得出的调整换向点B0后的位置是否会超出极限位置，如果超出，则控制行程在极限值之内并发出警报，提醒操作者排气量调节范围过大，如果未超出，则执行步骤f；
f.按照步骤d调整换向点B0；
其中，步骤c中控制计算机计算步进值H的方法是：
c1.压缩机在进入本次压缩行程时，控制计算机检测并记录气缸活塞压缩过程起始位置B1，当前排量Q0；
c2.压缩机完成本次压缩过程进入膨胀过程，控制计算机在检测到进气单向阀打开信号后，通过位移传感器检测气缸活塞当前位置A，并计算出A点到B1点的距离S0，S0即为压缩机在当前排量为Q0时的吸气行程；
c3.通过公式H=a(Q0-Q)S0/Q0计算换向点步进值H,式中a为预设调整系数，根据实际工况要求取值，取值范围为：0＜a＜1。
2.如权利要求1所述的液压活塞式压缩机排气量无级调节方法，其特征在于：所述a取值0.25。
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