CN103291596A - 一种基于余隙调节的压缩机流量调节系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于余隙调节的压缩机流量调节系统，其特征是在压缩机气缸上安装流量调节装置，利用执行电机控制调节气缸容积变化，改变压缩机气缸余隙容积大小，实现压缩机流量调节，降低部分负荷下压缩机功耗。系统执行方式为：根据系统流量需求，设置监控系统，由监控系统控制执行电机动作，由执行电机驱动调节活塞移动，使压缩机气缸的余隙容积根据控制要求自动改变，实现压缩机流量的自动无级调节。
Description
技术领域
本发明属于压缩机技术领域，具体涉及一种基于余隙调节的压缩机流量调节系统。
背景技术
压缩机是石油、化工、冶金等工业领域中的重要耗能设备，工艺流程常需要其在部分负荷下工作，需要进行流量调节。
有多种方法能够实现往复压缩机流量调节，一种是利用部分行程压开进气阀调节流量，如US5833209及US7331767专利中，分别利用液压力及气体力在部分行程下压开进气阀，实现了压缩机流量的无级调节，但该装置对电磁阀的可靠性及寿命要求极高。专利CN201232620及CN101270741则利用液压分配器代替电磁阀，但精确控制液压分配器动作增加了系统的复杂性。另一种是利用附加余隙容积调节流量，如US4775299专利，利用液压力控制余隙容积缸活塞位置实现附加余隙容积的改变以调节压缩机流量， US6641371及CN201225264Y专利则利用伺服换向阀及控制机构调整液压油流向，通过压差力控制液压伺服活塞及余隙容积缸活塞移动，实现余隙容积的调节，该方法调节驱动力由液压力提供，需增加液压站及液压油伺服换向装置，系统结构复杂。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术存在的不足之处，提供一种基于余隙调节的压缩机流量调节系统，以简化控制和执行系统。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明基于余隙调节的压缩机流量调节系统的结构特点是：在压缩机气缸上安装流量调节装置，利用监控系统驱动执行电机以控制流量调节装置中的调节活塞的移动，实现流量调节装置中调节气缸的容积变化，由所述调节气缸的容积变化控制压缩机气缸的余隙容积，实现压缩机流量的自动无级调节。
本发明基于余隙调节的压缩机流量调节系统的结构特点也在于：设置监测系统，包括：
安装在压缩机吸气管道上的吸气压力传感器，用于实时检测压缩机吸气管道压力；
安装在压缩机排气管道上的排气压力传感器，用于实时检测压缩机排气管道压力；
安装在压缩机旋转部件上的参考点信号传感器，用于实时检测压缩机旋转部件的相位；
安装在调节气缸上的位移传感器，用于实时检测调节活塞在调节气缸中的相对位置；
所述监控系统通过采集所述吸气压力传感器、排气压力传感器、参考点信号传感器及位移传感器的检测信号，根据所设定的吸气压力或排气压力输出控制信号用以控制执行电机相应动作。
本发明基于余隙调节的压缩机流量调节系统的结构特点还在于：
所述执行电机为步进电机，所述步进电机与调节活塞之间的传动结构设置为：步进电机的电机主轴与调节活塞为垂直安装，电机主轴通过联轴器驱动涡轮转动，使得与蜗轮相啮合的蜗杆的轴向移动，由所述蜗杆的轴向移动调整所述调节活塞的轴向位置。
所述传动蜗杆的轴向移动的最大位移量等于调节活塞左止点与右止点之间的距离。
本发明基于余隙调节的压缩机流量调节系统的结构特点还在于：
所述执行电机为步进电机，所述步进电机与调节活塞之间的传动结构设置为：步进电机的电机主轴与调节活塞为同轴安装，电机主轴通过联轴器驱动导向轴转动，利用所述导向轴与固定设置的导向端盖之间的螺纹配合，实现导向轴轴向移动，由所述导向轴的轴向移动调整所述调节活塞的轴向位置。
所述的执行电机安装在支撑壳体上的电机导轨上，可沿电机导轨轴向移动。
所述导向轴的轴向移动的最大位移量等于调节活塞左止点与右止点间的距离。
本发明适用于具有余隙容积的容积式压缩机流量无级调节，与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
本发明使用执行电机控制调节活塞的位置，实现压缩机余隙容积的调节。与采用液压系统控制的流量调节装置相比，系统中无液压站、伺服换向阀、液压伺服活塞、附属控制系统和油路系统等，简化了系统结构及控制方案，避免了液压系统的安装调试、高压油密封及伺服换向阀寿命对系统可靠性的影响。
附图说明
图1为本发明系统原理图；
图2a为本发明中传动结构调节活塞传动结构示意图；
图2b为图2a所示传动结构侧视示意图；
图3为本发明中传动结构另一实施方式结构示意图；
图中标号：1吸气压力传感器；2吸气管道；3流量调节装置；4压缩机气缸；5排气管道；6排气压力传感器；7执行电机；8位移传感器；9压缩机电机；10参考点信号传感器；11监控系统；301传动支座；302传动蜗杆；303传动涡轮；304调节活塞；305调节气缸；306端盖；307执行电机支座；308联轴器；309导向端盖；310导向轴；311电机导轨；312支撑壳体；401压缩机气缸；402压缩机活塞。
具体实施方式
参见图1，本实施例中基于余隙调节的压缩机流量调节系统是在压缩机气缸4上安装流量调节装置3，利用监控系统11驱动执行电机7以控制流量调节装置3中调节活塞304的移动，实现流量调节装置3中调节气缸305的容积变化，由流量调节气缸305的容积变化控制压缩机气缸4的余隙容积，实现压缩机流量的自动无级调节。
设置监测系统包括：
安装在压缩机吸气管道2上的吸气压力传感器1，用于实时检测压缩机吸气压力；
安装在压缩机排气管道5上的排气压力传感器6，用于实时检测压缩机排气压力；
安装在压缩机旋转部件上的参考点信号传感器10，用于实时检测压缩机旋转部件相位；
安装在调节气缸305上的位移传感器8，用于实时检测调节活塞304的所在位置；
监控系统11通过采集吸气压力传感器1、排气压力传感器6、参考点信号传感器10及位移传感器8的检测信号，根据所设定的吸气压力或排气压力，输出控制信号用以控制执行电机7相应动作。
如图2a和图2b为一实施例，执行电机7采用步进电机，步进电机与调节活塞304之间的传动结构可以设置为：步进电机的电机主轴与调节活塞304为垂直安装，电机主轴通过联轴器308驱动涡轮303转动，使得与蜗轮303相啮合的蜗杆302的轴向移动，由蜗杆(302)的轴向移动调整调节活塞304的轴向位置；传动蜗杆302的轴向移动的最大位移量等于调节活塞304左止点与右止点之间的距离。
如图3所示为另一实施例，执行电机7采用步进电机，步进电机与调节活塞304之间的传动结构也可以设置为：步进电机的电机主轴与调节活塞304为同轴安装，电机主轴通过联轴器308驱动导向轴310转动，利用导向轴310与固定设置的导向端盖309之间的螺纹配合，实现导向轴310轴向移动，由导向轴310的轴向移动调整调节活塞304的轴向位置，执行电机7安装在支撑壳体312上的电机导轨311上，可沿电机导轨311轴向移动；导向轴310的轴向移动的最大位移量等于调节活塞304左止点与右止点间的距离。
为实现压缩机流量的无级调节，本实施例中采用余隙容积调节方式，利用执行电机控制调节气缸的容积变化，改变压缩机气缸的余隙容积大小，实现压缩机流量的无级调节，降低部分负荷下压缩机功耗。考虑压缩机吸气压力和排气压力的变化均能间接反映系统流量的变化，采用吸气压力或排气压力作为压缩机流量调节的表征信号，通过控制吸气压力或排气压力实现压缩机流量的调节。具体实施中，如压缩机排气压力升高，则表明流程中下游气体消耗流量减少，需降低压缩机流量以维持系统稳定，故压缩机余隙容积需增大，反之亦然。
在流量调节过程中，由PLC、计算机等组成的监控系统采集压缩机的吸气压力和/或排气压力、参考点信号、调节活塞位移信号，利用参考点传感器信号判断压缩机活塞位置，利用位移传感器判断调节活塞位置，根据系统吸气压力或排气压力设定值，计算输出控制信号，并在压缩机活塞位于上止点位置时控制执行电机动作。执行电机根据控制信号正向或反向旋转一定角度，通过传动蜗杆或导向轴控制调节活塞的轴向位置，使压缩机余隙容积发生变化，实现流量自动无级调节。
参考点信号传感器用于判断压缩机活塞位置，使执行电机在压缩机活塞位于上止点位置时执行动作，降低驱动阻力。调节活塞位移传感器用于判断调节活塞位置，提高调节效率，避免止点位置处发生故障。参考点信号及调节活塞位移信号均为系统控制的重要参考信号。
Claims (7)
1.一种基于余隙调节的压缩机流量调节系统，其特征是：在压缩机气缸(4)上安装流量调节装置(3)，利用监控系统(11)驱动执行电机(7)以控制流量调节装置(3)中的调节活塞(304)的移动，实现流量调节装置(3)中调节气缸(305)的容积变化，由所述调节气缸(305)的容积变化控制压缩机气缸(4)的余隙容积，实现压缩机流量的自动无级调节。
2.根据权利要求1所述的基于余隙调节的压缩机流量调节系统，其特征是：设置监测系统，包括：
安装在压缩机吸气管道(2)上的吸气压力传感器(1)，用于实时检测压缩机吸气管道压力；
安装在压缩机排气管道(5)上的排气压力传感器(6)，用于实时检测压缩机排气管道压力；
安装在压缩机旋转部件上的参考点信号传感器(10)，用于实时检测压缩机旋转部件的相位；
安装在调节气缸(305)上的位移传感器(8)，用于实时检测调节活塞(304)在调节气缸(305)中的相对位置；
所述监控系统(11)通过采集所述吸气压力传感器(1)、排气压力传感器(6)、参考点信号传感器(10)及位移传感器(8)的检测信号，根据所设定的吸气压力或排气压力输出控制信号用以控制执行电机(7)相应动作。
3.根据权利要求1或2所述的基于余隙调节的压缩机流量调节系统，其特征是：所述执行电机(7)为步进电机，所述步进电机与调节活塞(304)之间的传动结构设置为：步进电机的电机主轴与调节活塞(304)为垂直安装，电机主轴通过联轴器(308)驱动涡轮(303) 转动，使得与蜗轮(303)相啮合的蜗杆(302)的轴向移动，由所述蜗杆(302)的轴向移动调整所述调节活塞(304)的轴向位置。
4.根据权利要求3所述的基于余隙调节的压缩机流量调节系统，其特征在于：所述传动蜗杆(302)的轴向移动的最大位移量等于调节活塞(304)左止点与右止点之间的距离。
5.根据权利要求1所述的基于余隙调节的压缩机流量调节系统，其特征在于：所述执行电机(7)为步进电机，所述步进电机与调节活塞(304)之间的传动结构设置为：步进电机的电机主轴与调节活塞(304)为同轴安装，电机主轴通过联轴器(308)驱动导向轴(310)转动，利用所述导向轴(310)与固定设置的导向端盖(309)之间的螺纹配合，实现导向轴(310)轴向移动，由所述导向轴(310)的轴向移动调整所述调节活塞(304)的轴向位置。
6.根据权利要求5所述的基于余隙调节的压缩机流量调节系统，其特征在于：所述的执行电机(7)安装在支撑壳体(312)上的电机导轨(311)上，可沿电机导轨(311)轴向移动。
7.根据权利要求5或6所述的基于余隙调节的压缩机流量调节系统，其特征在于：所述导向轴(310)的轴向移动的最大位移量等于调节活塞(304)左止点与右止点间的距离。
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