CN108757537A - 离心压缩机的进气精确控制及密封性监测系统 - Google Patents

离心压缩机的进气精确控制及密封性监测系统 Download PDF

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Abstract

一种离心压缩机的进气精确控制及密封性监测系统，包括进气精确控制装置以及密封性监测装置；进气精确控制装置包括移动检测块以及位移传感器；进气调节装置包括进气筒及活塞筒，后者通过液压驱动与进气筒在轴向上滑动配合；叶片的转轴与活塞筒传动连接，构成当活塞筒在轴向上相对进气筒位移时，各叶片均同步转动；位移传感器相对进气筒固定，移动检测块固设于活塞筒上，构成当移动检测块随活塞筒在轴向上位移时，位移传感器能够实时检测移动检测块的轴向位置。密封性监测装置包括引压管路及压力传感器；引压管路开设于进气调节装置或/和扩压器中，其第一端连通密封件的设置处，第二端与压力传感器相连，用于实时监测密封件设置处的气压值。

Description

离心压缩机的进气精确控制及密封性监测系统
技术领域
本发明涉及离心式压缩机，具体涉及离心压缩机的进气精确控制及密封性监测系统。
背景技术
通常，离心式制冷压缩机的结构组成包括电机、叶轮、扩压器以及进气调节装置几个部分。其中，进气调节装置（IGV）位于叶轮的轴向进气侧，通过调节叶片的开度调整叶轮的进气量（本案中涉及的“气”均表示工质）。叶轮转动装配于扩压器中，电机的输出轴与叶轮同轴传动连接，在离心压缩机工作时，叶轮由电机驱动进行高速旋转，通过高速旋转对由轴向进入该叶轮的工质做功，使工质的压力提高，再由叶轮的径向流出至扩压器的排气通路，并经由排气管排出压缩机。
离心压缩机的制冷效果与经由进气调节装置送至叶轮的进气量成正比，进气量越大制冷效果越好。因此可通过调节进气量来满足不同的制冷要求。在现有技术中，进气量的调节是通过同步调节进气调节装置中数个叶片的开度来实现的，包括两种主流的控制机构，一种是通过齿轮传动调节，并通过步进电机实现叶片开度的精确控制，另一种是通过液压驱动调节。上述现有技术存在的不足是：一、齿轮传动调节尽管可以实现精确调节，但机构相对复杂，且成本很高，通常组件价格约为15000元左右；二、液压驱动调节相对结构简单，且成本较低，仅包括铸件材料和加工费，通常组件价格不到4000元，但缺点是只能模糊控制，当用户根据需求冷量对压缩机进行增载或者减载时，只能在接近需求冷量的附近停止动作，无法掌握其具体开度，即无法达到准确的需求冷量。
另一方面，在离心压缩机工作时，其叶轮通过高速旋转对由轴向进入该叶轮的工质做功，使工质的压力提高，再由叶轮的径向流出。通常，旋转的叶轮与静止的进气调节装置之间具有间隙，需要通过一密封件来避免叶轮出口处的高压工质流回叶轮进口处。由于叶轮进口处的压力对压缩机的性能有着重要影响，因此需要密封件尽可能的可靠，一旦发生压力泄漏的问题，必须第一时间掌握并控制。离心压缩机在工作时可能会发生吸气带液、喘振、堵塞等情况，此时叶轮受冲击无法保持在中心位置，因此将与叶轮的密封件接触并对其造成磨损，久而久之导致密封件的密封性变差。现有技术无法实时掌握离心压缩机在运行时其叶轮进口处的压力值，当叶轮的密封件密封性变差导致高压工质回流时，也无法有效掌握压力变化信息并通知工作人员，致使离心压缩机的工作效率大打折扣，甚至对压缩机的寿命带来不良影响。
因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本发明所要研究解决的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离心压缩机的进气精确控制及密封性监测系统。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种离心压缩机的进气精确控制及密封性监测系统，包括进气精确控制装置以及密封性监测装置；其中，
所述进气精确控制装置设于压缩机的一进气调节装置中，包括移动检测块以及位移传感器；
所述进气调节装置包括一两端敞口的进气筒，该进气筒具有一内腔，该内腔连通两端的敞口，构成一进气流道；内腔的一端为进气端，另一端为出气端，该出气端对应压缩机的叶轮设置；所述内腔中于靠近所述出气端处设有多个叶片，各所述叶片在同一径向平面上均匀布置，并转动连设于进气筒的侧壁上；
所述进气调节装置还包括一活塞筒，该活塞筒套设于所述进气筒的外周部，通过液压驱动与进气筒在轴向上滑动配合；各所述叶片的转轴伸出所述进气筒的侧壁外部，并各叶片的转轴均与所述活塞筒传动连接，构成当活塞筒在轴向上相对所述进气筒位移时，各所述叶片均同步转动；
其中，所述位移传感器相对所述进气筒固定，所述移动检测块固设于所述活塞筒上，并且所述移动检测块与所述位移传感器的一检测端在径向上对应，构成当移动检测块随所述活塞筒在轴向上位移时，所述位移传感器能够实时检测所述移动检测块的轴向位置；
所述密封性监测装置对应所述进气调节装置以及所述叶轮的装配结合处设置，包括引压管路以及压力传感器；
所述叶轮转动装配于压缩机的一扩压器中，该扩压器于轴向上装配于所述进气调节装置出气端；所述叶轮的进气侧对应所述进气筒的出气端设置，为轴向进气；叶轮的出气侧对应所述扩压器的周部设置，为径向出气；所述叶轮的进气侧与所述进气筒的出气端之间通过一密封件形成动密封；
其中，所述引压管路开设于所述进气调节装置或/和所述扩压器中；所述引压管路的第一端连通所述密封件的设置处，引压管路的第二端与所述压力传感器相连，该压力传感器用于实时监测引压管路中的气压值，该气压值即为所述密封件设置处的气压值。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1．上述方案中，所述位移传感器将检测到的位移信号转化为电信号输出至上位机中，以便用户实时、精准的掌握移动检测块的位移数据，该位移数据即为活塞筒的位移数据，由于各叶片均与活塞筒传动连接，因此用户可借此掌握叶片的转动数据，从而判断并控制叶片的开度。
2．上述方案中，所述引压管路的第一端作为压力采集点，当所述密封件的密封性变差时，叶轮进气侧的气压值将会变化，此时引压管路由于和密封件设置处气流相通，因此气压的变化将经由引压管路另一端的压力传感器检测到并实时发送到上位机，对用户进行提醒。
3．上述方案中，所述移动检测块为一楔形块，该楔形块具有一斜面，该斜面沿轴向倾斜，并与所述位移传感器的检测端对应；所述位移传感器为机械传感器，所述检测端为检测探针，该检测探针的针头接触并抵靠所述楔形块的斜面。当活塞筒在轴向位移时，检测探针将受到楔形块的斜面抵靠，进而在径向发生位移，通过该位移量即可实时掌握叶片的开度。
4．上述方案中，所述位移传感器也可为激光/红外传感器，所述检测端为一检测光路，该检测光路在径向上对所述移动检测块进行照射，进而掌握移动检测块的位移数据，该检测技术为本领域技术人员所能够掌握，故不赘述。
5．上述方案中，所述进气筒的外周部固设有一连接座，该连接座与进气筒之间界定形成一环形装配腔，所述活塞筒在轴向上滑动设置于该环形装配腔中；
所述连接座内壁的上段和下段均与所述活塞筒的外侧壁密封配合，连接座内壁的中段与活塞筒的外侧壁之间形成有一液压腔，所述活塞筒的外壁在径向上朝外凸设有一液压作用部，该液压作用部伸入所述液压腔，并将液压腔在轴向上分隔为两密封的腔室，且两所述腔室均分别连设有一注油孔及一泄油孔。
6．上述方案中，所述进气调节装置的默认初始位置是叶片全闭的状态，即液压作用部在轴向上贴紧液压腔的一端。活塞筒的液压作用部将液压腔分为A腔室及B腔室。
例如：当压缩机需要增载时，接通四通阀，高压油从A腔室的注油孔进入，B腔室的液压油从B腔室的泄油孔排出，此时活塞筒向进气端方向移动，移动检测块跟随活塞筒一同向进气端方向移动，位移传感器检测到移动检测块的位置变化，将位移信号转化为电信号输出，读出此时电压（电流）值以确定叶片的开度；
当压缩机需要减载时，接通四通阀，高压油从B腔室的注油孔进入，A腔室的液压油从A腔室的泄油孔排出，此时活塞筒向出气端方向（即叶轮方向）移动，移动检测块跟随活塞筒一同向出气端方向移动，位移传感器检测到移动检测块的位置变化，将位移信号转化为电信号输出，读出此时电压（电流）值以确定叶片的开度。
7．上述方案中，所述进气筒上对应所述移动检测块设有一限位槽，所述移动检测块沿轴向滑动设置于该限位槽中，两者的宽度一致，进而实现活塞筒在周向上的定位，避免活塞筒发生周向的旋转。
8．上述方案中，所述引压管路的第一端开设于所述进气调节装置的出气端内侧。当压缩机正常运行时，引压管路的第一端采集叶轮进气侧的压力，数值基本稳定且为系统最低压力；当叶轮密封件的密封性变差时，高压工质发生泄露并不断流向叶轮的进气侧，由于引压管路的第一端与压力传感器气流连通，因此后者将对压力变化进行采集，表现为采集到的压力开始波动或升高；借此设计，可以判断叶轮密封件的密封性是否正常。
9．上述方案中，所述引压管路可包含多个第一端，各所述第一端在圆周方向分布于所述进气调节装置的出气端内侧；各第一端均与所述第二端气流相通，以提高监测准确性。
10．上述方案中，所述引压管路的第一端还可开设于所述扩压器中，对应所述叶轮与所述进气调节装置的装配间隙设置。当压缩机正常运行时，引压管路的第一端采集装配间隙的压力，数值基本稳定且为系统较高压力；当叶轮密封件的密封性变差时，高压工质发生泄露并不断流向叶轮的进气侧，由于引压管路的第一端与压力传感器气流连通，因此后者将对压力变化进行采集，表现为采集到的压力开始波动或降低；借此设计，可以判断叶轮密封件的密封性是否正常。
本发明的工作原理及优点如下：
本发明一种离心压缩机的进气精确控制及密封性监测系统，包括进气精确控制装置以及密封性监测装置；
进气精确控制装置设于压缩机的进气调节装置中，包括移动检测块以及位移传感器；进气调节装置包括进气筒，叶片并转动连设于进气筒的侧壁上；还包括活塞筒，设于进气筒的外周部，通过液压驱动与进气筒在轴向上滑动配合；叶片的转轴与活塞筒传动连接，构成当活塞筒在轴向上相对进气筒位移时，各叶片均同步转动；位移传感器相对进气筒固定，移动检测块固设于活塞筒上，移动检测块与位移传感器的检测端在径向上对应，构成当移动检测块随活塞筒在轴向上位移时，位移传感器能够实时检测移动检测块的轴向位置。
密封性监测装置对应压缩机中进气调节装置和叶轮的装配结合处设置，包括引压管路以及压力传感器；叶轮的进气侧对应进气调节装置的出气端，为轴向进气；叶轮的出气侧对应扩压器的周部设置，为径向出气；叶轮的进气侧与进气调节装置的出气端之间通过密封件形成动密封；引压管路开设于进气调节装置或/和扩压器中；引压管路的第一端连通密封件的设置处，第二端与压力传感器相连，用于实时监测引压管路中的气压值，即密封件设置处的气压值。
相比现有技术而言，本发明：
一、结构设计巧妙，在尽可能小的改动基础上于低成本的液压驱动方式上实现了叶片开度的精确控制，实用效果显著且并未显著增加成本。
二、通过在叶轮密封件的附近开孔，设计引压管路引出此处压力至压力传感器，实时监测叶轮进气侧的压力，克服了以往密封件的密封性无法有效监测的问题，且设计简单成本较低。
附图说明
附图1为本发明实施例的俯视图；
附图2为图1中A-A向剖面示意图；
附图3为图2中B处的放大图；
附图4为图2中C处的放大图。
以上附图中：1．移动检测块；2．位移传感器；3．进气筒；4．内腔；5．进气端；6．出气端；7．叶轮；8．叶片；9．活塞筒；10．连接座；11．检测端；12．斜面；13．连接座；14．环形装配腔；15．液压腔；16．液压作用部；17．腔室；17a．A腔室；17b．B腔室；18．引压管路；19．压力传感器；20．扩压器；21．进气侧；22．出气侧；23．排气通路；24．排气管；25．密封件；26．第一端；27．第二端。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：参见附图1、2所示，一种离心压缩机的进气精确控制及密封性监测系统，包括进气精确控制装置以及密封性监测装置。
其中，如图3所示，所述进气精确控制装置设于压缩机的一进气调节装置中，包括移动检测块1以及位移传感器2。
所述进气调节装置包括一两端敞口的进气筒3，该进气筒3具有一内腔4，其轴向截面为矩形或倒梯形，该内腔4连通两端的敞口，构成一进气流道；内腔的一端为进气端5，另一端为出气端6，该出气端6对应压缩机的叶轮7设置；所述内腔4中于靠近所述出气端6处设有多个叶片8，各所述叶片8在同一径向平面上均匀布置，并转动连设于进气筒3的侧壁上；通过叶片8的转动调节叶轮7的进气量；当全部叶片8呈垂直于进气流道设置时，进气流道被关闭，此时叶轮7的进气量最小；当全部叶片8呈平行于进气流道设置时，进气流道被打开，此时叶轮7的进气量最大。
所述进气调节装置还包括一活塞筒9，该活塞筒9套设于所述进气筒3的外周部，通过液压驱动与进气筒3在轴向上滑动配合；各所述叶片8的转轴伸出所述进气筒3的侧壁外部，并各叶片8的转轴均与所述活塞筒9的内侧壁传动连接，构成当活塞筒9在轴向上相对所述进气筒3位移时，各所述叶片8均同步转动，具体传动连接的方式为本领域技术人员所能够掌握，故不赘述。
其中，所述位移传感器2相对所述进气筒3上的一连接座10固定，所述移动检测块1固设于所述活塞筒9上，并且所述移动检测块1与所述位移传感器2的一检测端11在径向上对应，构成当移动检测块1随所述活塞筒9在轴向上位移时，所述位移传感器2能够实时检测所述移动检测块1的轴向位置，并将检测到的位移信号转化为电信号输出至上位机中，以便用户实时、精准的掌握移动检测块1的位移数据，该位移数据即为活塞筒9的位移数据，由于各叶片8均与活塞筒9传动连接，因此用户可借此掌握叶片8的转动数据，从而判断并控制叶片8的开度。
所述移动检测块1为一楔形块，该楔形块具有一斜面12，该斜面12沿轴向倾斜，并与所述位移传感器2的检测端11对应；所述位移传感器2为机械传感器，所述检测端11为检测探针，该检测探针的针头接触并抵靠所述楔形块的斜面12。当活塞筒9在轴向位移时，检测探针将受到楔形块的斜面12抵靠，进而在径向发生位移，通过该位移量即可实时掌握叶片8的开度。
所述进气筒3上对应所述移动检测块1设有一限位槽（图中未绘出），所述移动检测块1沿轴向滑动设置于该限位槽中，两者的宽度一致，进而实现活塞筒9在周向上的定位，避免活塞筒9发生周向的旋转。
所述进气筒3的外周部固设有所述连接座10，该连接座10与进气筒3之间界定形成一环形装配腔14，所述活塞筒9在轴向上滑动设置于该环形装配腔14中。
所述连接座10内壁的上段和下段均与所述活塞筒9的外侧壁密封配合，连接座10内壁的中段与活塞筒9的外侧壁之间形成有一液压腔15，所述活塞筒9的轴向行程由该液压腔15的轴向长度进行限位。所述活塞筒9的外壁在径向上朝外凸设有一液压作用部16，该液压作用部16伸入所述液压腔15，并将液压腔15在轴向上分隔为两密封的腔室17，且两所述腔室17均分别连设有一注油孔及一泄油孔（图中未绘出）。
所述进气调节装置的默认初始位置是叶片8全闭的状态，即液压作用部16在轴向上贴紧液压腔15的一端。活塞筒9的液压作用部16将液压腔15分为A腔室17a及B腔室17b。
例如：当压缩机需要增载时，接通四通阀，高压油从A腔室17a的注油孔进入，B腔室17b的液压油从B腔室17b的泄油孔排出，此时活塞筒9向进气端5方向移动，移动检测块1跟随活塞筒9一同向进气端5方向移动，位移传感器2检测到移动检测块1的位置变化，将位移信号转化为电信号输出，读出此时电压（电流）值以确定叶片8的开度；
当压缩机需要减载时，接通四通阀，高压油从B腔室17b的注油孔进入，A腔室17a的液压油从A腔室17a的泄油孔排出，此时活塞筒9向出气端6方向（即叶轮7方向）移动，移动检测块1跟随活塞筒9一同向出气端6方向移动，位移传感器2检测到移动检测块1的位置变化，将位移信号转化为电信号输出，读出此时电压（电流）值以确定叶片8的开度。
其中，如图4所示，所述密封性监测装置对应所述进气调节装置以及所述叶轮7的装配结合处设置，包括引压管路18以及压力传感器19。
所述叶轮7转动装配于压缩机的一扩压器20中，该扩压器20于轴向上装配于所述进气调节装置出气端6；所述叶轮7的进气侧21对应所述进气筒3的出气端6设置，为轴向进气；叶轮7的出气侧22对应所述扩压器20的周部设置，为径向出气；所述叶轮7由电机驱动高速旋转，同时通过高速旋转对由轴向进入该叶轮7的工质做功，使工质的压力提高，再由叶轮7的径向流出至扩压器20的排气通路23，并经由排气管24排出压缩机。所述叶轮7的进气侧21与所述进气筒3的出气端6之间通过一密封件25形成动密封。
其中，所述引压管路18开设于所述进气调节装置中；所述引压管路18的第一端26连通所述密封件25的设置处，引压管路18的第二端27与所述压力传感器19相连，该压力传感器19用于实时监测引压管路18中的气压值，该气压值即为所述密封件25设置处的气压值，亦即所述叶轮7进气侧21的气压值。
所述引压管路18的第一端26作为压力采集点，当所述密封件25的密封性变差时，叶轮7进气侧21的气压值将会变化，此时引压管路18由于和密封件25设置处气流相通，因此气压的变化将经由引压管路18另一端的压力传感器19检测到并实时发送到上位机，对用户进行提醒。
其中，所述引压管路18的第一端26开设于所述进气调节装置的出气端6内侧。当压缩机正常运行时，引压管路18的第一端26采集叶轮6进气侧21的压力，数值基本稳定且为系统最低压力；当叶轮7密封件25的密封性变差时，高压工质发生泄露并不断流向叶轮7的进气侧21，由于引压管路18的第一端26与压力传感器19气流连通，因此后者将对压力变化进行采集，表现为采集到的压力开始波动或升高；借此设计，可以判断叶轮7密封件25的密封性是否正常。
相比现有技术而言，本发明：
一、结构设计巧妙，在尽可能小的改动基础上于低成本的液压驱动方式上实现了叶片开度的精确控制，实用效果显著且并未显著增加成本。
二、通过在叶轮密封件的附近开孔，设计引压管路引出此处压力至压力传感器，实时监测叶轮进气侧的压力，克服了以往密封件的密封性无法有效监测的问题，且设计简单成本较低。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种离心压缩机的进气精确控制及密封性监测系统，其特征在于：
包括进气精确控制装置以及密封性监测装置；其中，
所述进气精确控制装置设于压缩机的一进气调节装置中，包括移动检测块以及位移传感器；
所述进气调节装置包括一两端敞口的进气筒，该进气筒具有一内腔，该内腔连通两端的敞口，构成一进气流道；内腔的一端为进气端，另一端为出气端，该出气端对应压缩机的叶轮设置；所述内腔中于靠近所述出气端处设有多个叶片，各所述叶片在同一径向平面上均匀布置，并转动连设于进气筒的侧壁上；
所述进气调节装置还包括一活塞筒，该活塞筒套设于所述进气筒的外周部，通过液压驱动与进气筒在轴向上滑动配合；各所述叶片的转轴伸出所述进气筒的侧壁外部，并各叶片的转轴均与所述活塞筒传动连接，构成当活塞筒在轴向上相对所述进气筒位移时，各所述叶片均同步转动；
其中，所述位移传感器相对所述进气筒固定，所述移动检测块固设于所述活塞筒上，并且所述移动检测块与所述位移传感器的一检测端在径向上对应，构成当移动检测块随所述活塞筒在轴向上位移时，所述位移传感器能够实时检测所述移动检测块的轴向位置；
所述密封性监测装置对应所述进气调节装置以及所述叶轮的装配结合处设置，包括引压管路以及压力传感器；
所述叶轮转动装配于压缩机的一扩压器中，该扩压器于轴向上装配于所述进气调节装置出气端；所述叶轮的进气侧对应所述进气筒的出气端设置，为轴向进气；叶轮的出气侧对应所述扩压器的周部设置，为径向出气；所述叶轮的进气侧与所述进气筒的出气端之间通过一密封件形成动密封；
其中，所述引压管路开设于所述进气调节装置或/和所述扩压器中；所述引压管路的第一端连通所述密封件的设置处，引压管路的第二端与所述压力传感器相连，该压力传感器用于实时监测引压管路中的气压值，该气压值即为所述密封件设置处的气压值。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述移动检测块为一楔形块，该楔形块具有一斜面，该斜面沿轴向倾斜，并与所述位移传感器的检测端对应；
所述位移传感器为机械传感器，所述检测端为检测探针，该检测探针的针头接触并抵靠所述楔形块的斜面。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述位移传感器为激光/红外传感器，所述检测端为一检测光路，该检测光路在径向上对所述移动检测块进行照射。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述进气筒的外周部固设有一连接座，该连接座与进气筒之间界定形成一环形装配腔，所述活塞筒在轴向上滑动设置于该环形装配腔中；
所述连接座内壁的上段和下段均与所述活塞筒的外侧壁密封配合，连接座内壁的中段与活塞筒的外侧壁之间形成有一液压腔，所述活塞筒的外壁在径向上朝外凸设有一液压作用部，该液压作用部伸入所述液压腔，并将液压腔在轴向上分隔为两密封的腔室，且两所述腔室均分别连设有一注油孔及一泄油孔。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述进气筒上对应所述移动检测块设有一限位槽，所述移动检测块沿轴向滑动设置于该限位槽中，两者的宽度一致。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述引压管路的第一端开设于所述进气调节装置的出气端内侧。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述引压管路包含多个第一端，各所述第一端在圆周方向分布于所述进气调节装置的出气端内侧；各第一端均与所述第二端气流相通。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述引压管路的第一端开设于所述扩压器中，对应所述叶轮与所述进气调节装置的装配间隙设置。
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