CN108915870B - 一种一体化空气压缩系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于空气压缩技术领域，提出一种一体化空气压缩系统。提出的一种一体化空气压缩系统具有套置在同一曲轴上的多组气缸，多组气缸沿曲轴的长度方向排列；每组气缸为呈V型布置的天然气发动机气缸与空气压缩机气缸；对应多组气缸设置有天然气燃烧做功管路和空气压缩管路；天然气燃烧做功管路具有空滤器Ⅰ空滤器Ⅰ的输出端连接空燃比控制单元；空燃比控制单元的输入端还连接有天然气管路；空气压缩管路具有空滤器Ⅱ；空滤器Ⅱ的输出端依次接离心式压气机Ⅱ、单向阀Ⅰ、压缩气缸、散热器；所述的散热器后分为四路，分别接气液分离器、泄放阀Ⅰ、电动球阀Ⅱ、泄放阀Ⅱ；本发明最大限度的使用天然气燃烧废气能，提高了燃烧效率和压缩效率。

Description

一种一体化空气压缩系统

技术领域

本发明属于空气压缩技术领域，具体涉及一种一体化空气压缩系统。

背景技术

压缩空气在大型工厂主要用于机床、气动工具的运行等，目前工厂所用的空气压缩机主要为电驱型式，特点是体积小、使用方便，缺点是能耗高。使用天然气内燃机驱动空气压缩机的模式，具有效率高、经济性好的特点，但是传统的通过发动机曲轴端驱动压缩机的方式增加了空气压缩系统的体积。

目前某些专利所提供的空压机尽管也存在减小体积的手段，如专利CN103382893A汽油空气压缩一体机，但是其限定了汽油模式，在经济型和环保方面不如天然气模式，而且其未提供整个空气压缩系统的成套、使用方法。

因此，有必要提供一种一体化空气压缩系统，能够经济高效的实现压缩空气入管网，以及减小空气压缩系统体积的方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种一体化空气压缩系统。

为完成上述目的本发明采用如下技术方案：

一种一体化空气压缩系统，一体化空气压缩系统具有套置在同一曲轴上的多组气缸，多组气缸沿曲轴的长度方向排列；每组所述的气缸为呈V型布置的天然气发动机气缸与空气压缩机气缸；对应多组气缸设置有天然气燃烧做功管路和空气压缩管路；利用天然气发动机燃烧燃料做功，通过活塞连杆机构驱动曲轴旋转，向压缩机输出扭矩，带动压缩机用活塞连杆机构运动，当压缩机活塞在压缩机气缸内往复运动时就可以进行压缩作业；

所述的天然气燃烧做功管路具有空滤器Ⅰ，所述空滤器Ⅰ的输出端连接空燃比控制单元；所述空燃比控制单元的输入端还连接有天然气管路；所述空燃比控制单元后依次接离心式压气机Ⅰ、节气门、进气管、燃烧室、排气管、涡轮机Ⅰ；所述的离心式压气机Ⅰ与所述的涡轮机Ⅰ连接；所述的涡轮机Ⅰ后分为两路，分别接涡轮机Ⅱ与电动球阀Ⅰ，所述涡轮机Ⅱ与电动球阀Ⅰ汇至消音器；所述的一种一体化空气压缩系统通过以下操作进行高效率的燃烧做功：空气经空滤器Ⅰ过滤后与天然气在空燃比控制单元处形成具有理想空燃比的混合气燃烧做功；混合气经离心式压气机Ⅰ增压，可以提高进气量，提高燃烧效率；通过由数字式调速控制器控制的节气门调整混合气的进气量，实现转速调节功能；在燃烧室内将化学能转化为热能再转化为机械能；燃烧后的高温废气经涡轮机Ⅰ将热能转化为机械能，带动涡轮机Ⅰ中叶片旋转，从而驱动离心式压气机Ⅰ进行增压作业；经涡轮机Ⅰ利用后的废气接入涡轮机Ⅱ继续将热能转化为机械能；最后废气经消声器排入大气；

所述的空气压缩管路具有空滤器Ⅱ；所述空滤器Ⅱ的输出端依次接离心式压气机Ⅱ、单向阀Ⅰ、压缩气缸、散热器；所述的散热器后分为四路，分别接气液分离器、泄放阀Ⅰ、电动球阀Ⅱ、泄放阀Ⅱ；气液分离器后分为两路，一路接废液池，另一路经单向阀Ⅱ接压缩空气管网，气液分离器上安装压力表；电动球阀Ⅱ与泄放阀Ⅱ接单向阀Ⅰ后的空气压缩气缸进气端；空气经空滤器Ⅱ过滤除去粉尘等杂质；过滤后的空气经离心式压气机Ⅱ增压，提高空气的进气量，离心式压气机Ⅱ的机械能来自涡轮机Ⅱ；单向阀Ⅰ、单向阀Ⅱ的作用是防止高压空气回流；经压缩气缸压缩后的高温高压空气经散热器冷却；冷却后的压缩空气经气液分离器进行脱水处理，液态水汇至废液池，压缩空气进入压缩空气管网，气液分离器上安装压力表用于显示当前的压力；压缩空气在压力超过安全阀值时经泄放阀Ⅰ泄放；当压缩空气压力高于管网压力限制时，经泄放阀Ⅱ泄放；

电动球阀Ⅰ、电动球阀Ⅱ接受转速信号，在曲轴转速未达到额定转速时电动球阀Ⅰ、电动球阀Ⅱ打开；为了防止曲轴转速波动造成电动球阀Ⅰ、电动球阀Ⅱ频繁关开，额定转速信号采用区间值，为额定转速加减转速3％；起动时因转速小于额定转速，电动球阀Ⅰ、电动球阀Ⅱ打开，旁通涡轮机Ⅱ，减小压缩空气进气量，同时将压缩后的空气经电动球阀Ⅱ导入压缩气缸进气端可以进一步的减少进气量，降低起动负荷，实现起动作业。

本发明提出的一种一体化空气压缩系统，采用上述技术方案，最大限度的使用天然气燃烧废气能，提高了燃烧效率和压缩效率；利用天然气作为燃料具有经济性和环保价值；通过天然气发动机/空气压缩一体化机的方式可以减小空气压缩系统的体积以及零部件的数量。

附图说明

图1为本发明的系统图；

图2为本发明所述天然气发动机/空气压缩一体化机布置顶视图；

图3为本发明所述天然气发动机/空气压缩一体化机布置轴侧图。

图中：1、空滤器Ⅰ，2、空燃比控制单元，3、离心式压气机Ⅰ，4、调速控制器，5节气门，6、进气管，7、燃烧室，8、排气管，9、涡轮机Ⅰ，10、涡轮机Ⅱ，11、电动球阀Ⅰ，12、消音器，13、空滤器Ⅱ，14、离心式压气机Ⅱ，15、单向阀Ⅰ，16、压缩气缸，17、散热器，18、气液分离器，19、压力表，20、单向阀Ⅱ，21、泄放阀Ⅰ，22、电动球阀Ⅱ，23、泄放阀Ⅱ。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明加以说明。

本发明所述一种一体化空气压缩系统，1空滤器Ⅰ与天然气管路接2空燃比控制单元；2空燃比控制单元后依次接3离心式压气机Ⅰ、5节气门、6进气管、7燃烧室、8排气管、9涡轮机Ⅰ；5节气门由数字式4调速控制器控制；9涡轮机Ⅰ后分为两路，分别接10涡轮机Ⅱ与11电动球阀Ⅰ，然后汇至12消音器。

进一步，本发明所述一种一体化空气压缩系统，13空滤器Ⅱ后依次接14离心式压气机Ⅱ、15单向阀Ⅰ、16压缩气缸、17散热器；17散热器后分为四路，分别接18气液分离器、21泄放阀Ⅰ、22电动球阀Ⅱ、23泄放阀Ⅱ；18气液分离器后分为两路，一路接废液池，另一路经20单向阀Ⅱ接压缩空气管网，18气液分离器上安装19压力表；22电动球阀Ⅱ与23泄放阀Ⅱ接入15单向阀Ⅰ后的16压缩气缸进气端。

进一步的，本发明所述一种一体化空气压缩系统，天然气发动机与空气压缩机共用一根曲轴，其压缩机气缸呈“一”字排列，与同样呈“一”字排列的动力气缸呈V型布置；压缩机气缸与发动机气缸交叉布置，相邻压缩机气缸和发动机气缸，两个气缸为一组，共用一个曲轴颈。为了便于描述，图2以V型八缸机为例加以说明，其中A列为动力四缸直列，B列为压缩四缸并联。

本发明所述一种一体化空气压缩系统通过以下操作进行高效率的燃烧做功：空气经1空滤器Ⅰ过滤后与天然气在2空燃比控制单元处形成具有理想空燃比的混合气，可供燃烧做功；混合气经3离心式压气机Ⅰ增压，可以提高进气量，提高燃烧效率；通过由数字式4调速控制器控制的5节气门调整混合气的进气量，实现转速调节功能；在燃烧室内将化学能转化为热能再转化为机械能；燃烧后的高温废气经9涡轮机Ⅰ将热能转化为机械能，带动9涡轮机Ⅰ中叶片旋转，从而驱动3离心式压气机Ⅰ进行增压作业；经9涡轮机Ⅰ利用后的废气接入10涡轮机Ⅱ继续将热能转化为机械能；最后废气经12消声器排入大气。

进一步的，所述的一种一体化空气压缩系统通过以下操作实现空气高效的压缩作业：空气经13空滤器Ⅱ过滤除去粉尘等杂质；过滤后的空气经14离心式压气机Ⅱ增压，提高空气的进气量，14离心式压气机Ⅱ的机械能来自10涡轮机Ⅱ；15单向阀Ⅰ、20单向阀Ⅱ的作用是防止高压空气回流；经16压缩气缸压缩后的高温高压空气经17散热器冷却；冷却后的压缩空气经18气液分离器进行脱水处理，液态水汇至废液池，压缩空气进入压缩空气管网，18气液分离器上安装19压力表用于显示当前的压力；压缩空气在压力超过安全阀值时经21泄放阀Ⅰ泄放；当压缩空气压力高于管网压力限制时，经23泄放阀Ⅱ泄放。

进一步的，所述的一种一体化空气压缩系统通过以下操作实现起动作业：11电动球阀Ⅰ、22电动球阀Ⅱ接受转速信号，在曲轴转速未达到额定转速时11电动球阀Ⅰ、22电动球阀Ⅱ打开；为了防止曲轴转速波动造成11电动球阀Ⅰ、22电动球阀Ⅱ频繁关开，额定转速信号采用区间值，为额定转速加减转速3％；起动时因转速小于额定转速，11电动球阀Ⅰ、22电动球阀Ⅱ打开，旁通10涡轮机Ⅱ，减小压缩空气进气量，同时将压缩后的空气经22电动球阀Ⅱ导入16压缩气缸进气端可以进一步的减少进气量，降低起动负荷，实现起动作业。

所述的一种一体化空气压缩系统，可以最大限度的使用天然气燃烧废气能，提高燃烧效率和压缩效率；利用天然气作为燃料具有经济性和环保价值；通过天然气发动机/空气压缩一体化机的方式可以减小空气压缩系统的体积以及零部件的数量。

Claims (1)

1.一种一体化空气压缩系统，一体化空气压缩系统具有套置在同一曲轴上的多组气缸，多组气缸沿曲轴的长度方向排列；每组所述的气缸为呈V型布置的天然气发动机气缸与空气压缩机气缸；其特征在于：对应多组气缸设置有天然气燃烧做功管路和空气压缩管路；利用天然气发动机燃烧燃料做功，通过活塞连杆机构驱动曲轴旋转，向压缩机输出扭矩，带动压缩机用活塞连杆机构运动，当压缩机活塞在压缩机气缸内往复运动时就可以进行压缩作业；

所述的天然气燃烧做功管路具有空滤器Ⅰ，所述空滤器Ⅰ的输出端连接空燃比控制单元；所述空燃比控制单元的输入端还连接有天然气管路；所述空燃比控制单元后依次接离心式压气机Ⅰ、节气门、进气管、燃烧室、排气管、涡轮机Ⅰ；所述的离心式压气机Ⅰ与所述的涡轮机Ⅰ连接；所述的涡轮机Ⅰ后分为两路，分别接涡轮机Ⅱ与电动球阀Ⅰ，所述涡轮机Ⅱ与电动球阀Ⅰ汇至消音器；所述的一种一体化空气压缩系统通过以下操作进行高效率的燃烧做功：空气经空滤器Ⅰ过滤后与天然气在空燃比控制单元处形成具有理想空燃比的混合气燃烧做功；混合气经离心式压气机Ⅰ增压，可以提高进气量，提高燃烧效率；通过由数字式调速控制器控制的节气门调整混合气的进气量，实现转速调节功能；在燃烧室内将化学能转化为热能再转化为机械能；燃烧后的高温废气经涡轮机Ⅰ将热能转化为机械能，带动涡轮机Ⅰ中叶片旋转，从而驱动离心式压气机Ⅰ进行增压作业；经涡轮机Ⅰ利用后的废气接入涡轮机Ⅱ继续将热能转化为机械能；最后废气经消声器排入大气；

所述的空气压缩管路具有空滤器Ⅱ；所述空滤器Ⅱ的输出端依次接离心式压气机Ⅱ、单向阀Ⅰ、压缩气缸、散热器；所述的散热器后分为四路，分别接气液分离器、泄放阀Ⅰ、电动球阀Ⅱ、泄放阀Ⅱ；气液分离器后分为两路，一路接废液池，另一路经单向阀Ⅱ接压缩空气管网，气液分离器上安装压力表；电动球阀Ⅱ与泄放阀Ⅱ接单向阀Ⅰ后的空气压缩气缸进气端；空气经空滤器Ⅱ过滤除去粉尘杂质；过滤后的空气经离心式压气机Ⅱ增压，提高空气的进气量，离心式压气机Ⅱ的机械能来自涡轮机Ⅱ；单向阀Ⅰ、单向阀Ⅱ的作用是防止高压空气回流；经压缩气缸压缩后的高温高压空气经散热器冷却；冷却后的压缩空气经气液分离器进行脱水处理，液态水汇至废液池，压缩空气进入压缩空气管网，气液分离器上安装压力表用于显示当前的压力；压缩空气在压力超过安全阀值时经泄放阀Ⅰ泄放；当压缩空气压力高于管网压力限制时，经泄放阀Ⅱ泄放；

电动球阀Ⅰ、电动球阀Ⅱ接受转速信号，在曲轴转速未达到额定转速时电动球阀Ⅰ、电动球阀Ⅱ打开；为了防止曲轴转速波动造成电动球阀Ⅰ、电动球阀Ⅱ频繁关开，额定转速信号采用区间值，为额定转速加减转速3％；起动时因转速小于额定转速，电动球阀Ⅰ、电动球阀Ⅱ打开，旁通涡轮机Ⅱ，减小压缩空气进气量，同时将压缩后的空气经电动球阀Ⅱ导入压缩气缸进气端可以进一步的减少进气量，降低起动负荷，实现起动作业。