CN109915353A - 一种质量控制气囊式余隙无级调节执行机构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种质量控制气囊式余隙无级调节执行机构及方法。该质量控制气囊式余隙无级调节执行机构，包括：壳体；气囊组件，所述气囊组件设于壳体内，壳体的壳体内腔与气囊组件外表面形成余隙容积腔；气体控制系统，用于控制气囊组件内部预充气体的质量。该质量控制气囊式余隙无级调节执行机构及方法，在壳体内部设置气囊，并在气囊内预充一定质量的气体介质，利用气体控制系统调节气囊预充气体介质质量，即可在一定范围内实现余隙容积的无级调节，进而调节压缩机的排气量，无需采用结构复杂的活塞驱动系统。
Description
技术领域
本发明属于往复式压缩机气量调节技术领域，特别涉及一种质量控制气囊式余隙无级调节执行机构。
背景技术
往复式压缩机的额定排气量在结构设计初期就已经确定，然而在实际生产中，为适应生产操作要求，往复式压缩机并非总处于满负荷的工作状态，其排气量需要在一定范围内进行调节。余隙调节技术通过调节压缩机气缸的余隙容积改变压缩机的容积系数，进而实现压缩机排气量的调节，是一种常用的气量调节方法，调节方便，性能可靠。余隙调节技术包括固定余隙调节和可变余隙调节两种方式，前者是在压缩机气缸缸盖上设置固定余隙容积腔，并通过控制余隙阀的开关控制余隙容积调节，该方法的缺点是不能进行余隙容积的无级调节，不能完全满足生产的需求；后者是将压缩机气缸缸盖更换为余隙调节执行机构，可以实现余隙容积的无级调节，进而实现往复式压缩机气量的无级调节。
目前的余隙调节执行机构主要由执行机构壳体、余隙活塞、余隙活塞杆和驱动机构等组成，通过液压、电动、气动、手动等方式驱动余隙活塞改变位置以获得适当大小的余隙容积并进行锁定。当余隙活塞向压缩机气缸侧运动调节时，要克服系统摩擦力和压缩机气缸内介质压力作用在余隙活塞上的力，需按照压缩机气缸最高工作压力(排气压力)设计余隙调节执行机构的驱动力，对于直径较大的余隙活塞，余隙活塞杆需要很大的驱动力才能实现余隙调节，驱动机构复杂笨重。
发明内容
本发明提供了一种结构简单、调节方便、无需采用结构复杂的活塞驱动系统的质量控制气囊式余隙无级调节执行机构及方法，解决了现有技术中存在的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种质量控制气囊式余隙无级调节执行机构，包括：
壳体；
气囊组件，所述气囊组件设于壳体内，壳体内腔与气囊组件外表面形成余隙容积腔；
气体控制系统，所述气体控制系统用于控制气囊组件内部预充气体的质量，通过改变预充气体的质量调节气囊容积。
优选地，所述气体控制系统包括：
与气囊组件内部连通的主管道，所述主管道上设有气囊切断阀和气体质量流量计，所述气体质量流量计用于计量通过气囊切断阀的气体质量流量；
分别与主管道连通的充气管道和泄气管道，所述充气管道上设有充气阀和充气单向阀，充气阀和充气单向阀分别设于气流方向的上游和下游位置，所述泄气管道上设有泄气阀和泄气单向阀，泄气阀和泄气单向阀分别设于气流方向的上游和下游位置。
优选地，所述主管道上还设有限流阀和压力表，所述充气管道上还设有第一减压阀，所述泄气管道上还设有第二减压阀，作用是保证充泄气过程缓慢平稳。
优选地，所述壳体包括：
筒体；
设于筒体一端的封头，所述筒体与封头组装形成壳体内腔，筒体的另一端与压缩机气缸相连通。
优选地，所述筒体上设置安装法兰，用于与压缩机气缸连接；所述封头上设置气囊组件安装孔，用于安装气囊组件。
优选地，气囊组件包括气囊和气囊嘴，气囊嘴通过密封元件和锁紧元件与封头上的气囊组件安装孔相连，目的是将气囊固定在壳体内腔。
优选地，所述壳体与冷却单元相连。
优选地，所述冷却单元包括设于筒体和/或封头上的夹套和/或翅片，夹套上设有冷却水进口和冷却水出口。
本发明还提供了一种质量控制气囊式余隙无级调节方法：在与压缩机气缸连通的执行机构壳体内腔设置气囊，气囊容积随充气质量发生变化，通过调节气囊内的充气质量来调节气囊容积，从而改变气囊外余隙容积的大小。
优选地，气囊内所充气体为压缩机气缸内的工作介质或者氮气、氩气。
本发明质量控制气囊式余隙无级调节执行机构的工作原理如下：
设气囊预充气体介质质量为m，气囊容积为V0，气囊预充温度T0，对应的气囊预充压力p0，气囊预充气体介质压缩因子为Z0，则有p0V0＝mZ0RT0。
往复式压缩机工作过程中，气缸内介质压力在进气压力ps和排气压力pd之间波动，气囊最小工作压力为p1，对应的气囊容积为V1；气囊最大工作压力为p2，对应的气囊容积为V2。压缩机工作过程中，气囊内预充气体介质的压力变化速度很快，每分钟达几百次，可视为绝热过程。
设气囊内介质的过程指数为n，气囊内介质的瞬时工作压力为p(p1≤p≤p2)，气囊的瞬时工作容积为V，对应的介质压缩因子为Z，则有pV＝mZRT，pVn＝p0V0 n。
调节气囊预充气体介质质量m可以控制压缩机排气时气囊容积V2。当气囊预充气体介质质量为mmax时，压缩机吸气时气囊容积为V1max，压缩机排气时气囊容积为V2max，余隙容积腔为最小容积Vcmin，相当于压缩机初始余隙容积下的工况。
减少预充气体介质质量m，相当于降低介质预充压力p0，则压缩机进、排气时气囊容积变小，余隙容积腔的容积Vc变大。对应排气时余隙容积腔的容积变化为ΔVc＝Vc-Vcmin，排气时余隙容积腔的容积影响压缩机的排气量。气囊有效体积变化会影响压缩机的吸气量，气囊有效体积变化为预充气体介质质量m越小，气囊有效体积变化越小；预充气体介质质量m越大，气囊有效体积变化越大；气囊有效体积变化最大为ΔVmax＝V0[1-(p1/p2)1/n]。
随着压缩机活塞的运动，压缩机气缸内的压力在进气压力ps和排气压力pd之间变化，气囊容积在V1和V2之间变化。
根据压缩机运行工况和流量调节范围等相关参数，可以确定适当的气囊初始容积V0，气囊预充气体介质质量由气体控制系统控制，在一定范围内改变气囊的容积，就可对余隙容积进行无级调节。
本发明采用上述结构，具有以下优点：
本发明不采用活塞结构，而是在壳体内部设置气囊，并在气囊内预充一定质量的气体介质，执行机构的壳体内表面和气囊外表面形成余隙容积腔，该腔容积随压缩机气缸的介质压力、气囊预充气体介质质量、气囊容积、工作温度等因素而变化。不改变其他因素，利用气体控制系统调节气囊预充气体介质质量，即可在一定范围内实现余隙容积的无级调节，进而调节压缩机的排气量，无需采用结构复杂的活塞驱动系统。
此外，本发明在执行机构的壳体上设置夹套，利用冷却水对执行机构进行冷却，可以降低气囊的平均温度，提高压缩机的等温效率。
整套执行机构结构简单、调节方便，响应速度快，安全可靠。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例1中壳体的结构示意图；
图3为本发明实施例1中气囊组件的结构示意图；
图4为本发明实施例2的结构示意图；
图5为本发明实施例2中壳体与冷却单元的结构示意图；
图6为本发明实施例3中气体控制系统的结构示意图；
图7为本发明实施例4中气体控制系统的结构示意图。
图中，1、气体控制系统；2、壳体；3、气囊组件；4、余隙容积腔；1-1、充气阀；1-2、第一减压阀；1-3、充气单向阀；1-4、压力表；1-5、限流阀；1-6、气囊切断阀；1-7、气体质量流量计；1-8、泄气阀；1-9、第二减压阀；1-10、泄气单向阀；2-1、壳体内腔；2-2、筒体；2-3、安装法兰；2-4、封头；2-5、气囊组件安装孔；3-1、气囊；3-2、气囊嘴；3-3、密封元件；3-4、锁紧元件；5-1、冷却水进口；5-2、冷却水出口；5-3、夹套。
具体实施方式：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
实施例1：
如图1-图3中所示，一种质量控制气囊式余隙无级调节执行机构，包括：
壳体2；
气囊组件3，所述气囊组件3设于壳体2内，壳体2的壳体内腔2-1与气囊组件3外表面形成余隙容积腔4，因为壳体内腔2-1容积为定值，改变气囊容积就可以改变余隙容积；
气囊一般由橡胶与纤维加强层硫化而制成，具有很高的抗压强度、弹性和气密性。
气体控制系统1，所述气体控制系统用于控制气囊组件内部预充气体的质量，通过对气囊组件3的在线定量充泄气来改变预充气体的质量，从而调节气囊容积。
将气囊组件3中充入一定质量的预充气体介质，随着压缩机活塞的运动，压缩机气缸内的压力在进气压力ps和排气压力pd之间变化，气囊容积在V1和V2之间变化。以压缩机排气量为反馈参数，利用气体控制系统1调节预充气体介质的质量，改变气囊容积，从而对压缩机余隙容积进行无级调节。
所述壳体2包括：
筒体2-2；
设于筒体2-2一端的封头2-4，所述筒体2-2与封头2-4组装形成壳体内腔2-1，筒体的另一端与压缩机气缸相连通。
所述筒体2-2上设置安装法兰2-3，用于与压缩机气缸连接；所述封头2-4上设置气囊组件安装孔2-5，用于安装气囊组件3。
气囊组件3包括气囊3-1和气囊嘴3-2，气囊嘴3-2通过密封元件3-3和锁紧元件3-4与封头2-4上的气囊组件安装孔2-5相连，目的是将气囊3-1固定在壳体内腔2-1。
具体的，气囊3-1通常采用螺纹连接方式与壳体固定，密封元件3-3可以是O型密封圈或者是密封垫片，锁紧元件3-4可以是橡胶环、支撑环、挡圈、压环、锁紧螺母等元件。
实施例2：
如图4-图5中所示，在实施例1的基础上，本实施例所述壳体2与冷却单元相连，所述冷却单元包括设于筒体2-2和/或封头2-4上的夹套5-3或翅片，夹套5-3上设有冷却水进口5-1和冷却水出口5-2。冷却水由冷却水进口5-1进入，由冷却水出口5-2流出，控制冷却水的流量和冷却水进口温度对执行机构的壳体进行冷却，可以降低气囊的平均温度，提高压缩机的等温效率。
实施例3：
如图6中所示，在实施例1的基础上，本实施例所述气体控制系统包括：
与气囊组件3内部连通的主管道，所述主管道上设有与气囊组件3内部连通的气囊切断阀1-6和气体质量流量计1-7，所述气体质量流量计1-7用于计量通过气囊切断阀1-6的气体质量流量，通过积分可以得出气囊充泄气体的质量；
分别与主管道连通的充气管道和泄气管道，所述充气管道上设有充气阀1-1和充气单向阀1-3，充气阀1-1和充气单向阀1-3分别设于气流方向的上游和下游位置，所述泄气管道上设有泄气阀1-8和泄气单向阀1-10，泄气阀1-8和泄气单向阀1-10分别设于气流方向的上游和下游位置。
当气囊3需要充气时，预充气体介质通过充气阀1-1、充气单向阀1-3、气体质量流量计1-7和气囊切断阀1-6充入气囊3-1中，充气质量由气体质量流量计1-7计量并控制；当气囊3需要泄气时，预充气体介质通过气囊切断阀1-6、气体质量流量计1-7、泄气阀1-8、泄气单向阀1-10从气囊3-1泄放出来，泄气质量由气体质量流量计1-7计量并控制；其他时间，充气阀1-1和泄气阀1-8关闭。
实施例4：
如图7中所示，在实施例3的基础上，本实施例所述主管道上还设有限流阀1-5和压力表1-4，所述充气管道上还设有第一减压阀1-2，所述泄气管道上还设有第二减压阀1-9，作用是保证充泄气过程缓慢平稳。
当气囊3需要充气时，预充气体介质通过充气阀1-1、减压阀1-2、充气单向阀1-3、气体质量流量计1-7、限流阀1-5和气囊切断阀1-6充入气囊3-1中；当气囊3需要泄气时，预充气体介质通过气囊切断阀1-6、限流阀1-5、气体质量流量计1-7、泄气阀1-8、减压阀1-9、泄气单向阀1-10从气囊3-1泄放出来。
本发明还提供了一种质量控制气囊式余隙无级调节方法：在与压缩机气缸连通的执行机构壳体内腔设置气囊，气囊容积随预充气体的质量发生变化，通过调节气囊内预充气体的质量来调节气囊容积，从而改变气囊外余隙容积的大小。
气囊内所充气体为压缩机气缸内的工作介质或者氮气、氩气。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是不可拆连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种质量控制气囊式余隙无级调节执行机构，其特征在于，包括：
壳体；
气囊组件，所述气囊组件设于壳体内，壳体的壳体内腔与气囊组件外表面形成余隙容积腔；
气体控制系统，所述气体控制系统用于控制气囊组件内部预充气体的质量。
2.根据权利要求1所述的质量控制气囊式余隙无级调节执行机构，其特征在于，所述气体控制系统包括：
与气囊组件内部连通的主管道，所述主管道上设有气囊切断阀和气体质量流量计，所述气体质量流量计用于计量通过气囊切断阀的气体质量流量；
分别与主管道连通的充气管道和泄气管道，所述充气管道上设有充气阀和充气单向阀，充气阀和充气单向阀分别设于气流方向的上游和下游位置，所述泄气管道上设有泄气阀和泄气单向阀，泄气阀和泄气单向阀分别设于气流方向的上游和下游位置。
3.根据权利要求2所述的质量控制气囊式余隙无级调节执行机构，其特征在于，所述主管道上还设有限流阀和压力表，所述充气管道上还设有第一减压阀，所述泄气管道上还设有第二减压阀。
4.根据权利要求1所述的质量控制气囊式余隙无级调节执行机构，其特征在于，所述壳体包括：
筒体；
设于筒体一端的封头，所述筒体与封头组装形成壳体内腔，筒体的另一端与压缩机气缸相连通。
5.根据权利要求4所述的质量控制气囊式余隙无级调节执行机构，其特征在于，所述筒体上设置安装法兰，用于与压缩机气缸连接；所述封头上设置气囊组件安装孔，用于安装气囊组件。
6.根据权利要求5所述的质量控制气囊式余隙无级调节执行机构，其特征在于，气囊组件包括气囊和气囊嘴，气囊嘴通过密封元件和锁紧元件与封头上的气囊组件安装孔相连。
7.根据权利要求4所述的质量控制气囊式余隙无级调节执行机构，其特征在于，所述壳体与冷却单元相连。
8.根据权利要求7所述的质量控制气囊式余隙无级调节执行机构，其特征在于，所述冷却单元包括设于筒体和/或封头上的夹套和/或翅片，夹套上设有冷却水进口和冷却水出口。
9.一种质量控制气囊式余隙无级调节方法，其特征在于，在与压缩机气缸连通的执行机构壳体内腔设置气囊，气囊容积随所充气体的质量发生变化，通过调节气囊内预充气体的质量来调节气囊容积，从而改变气囊外余隙容积的大小。
10.根据权利要求9所述的质量控制气囊式余隙无级调节方法，其特征在于，气囊内所充气体为压缩机气缸内的工作介质或者氮气、氩气。
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