CN110778490A - 一种无级气量调节气阀运行方法及其液压阻尼装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压缩机无级气量调节气阀运行的方法及其液压阻尼装置，包括两位三通高速电磁阀，以及通往其油腔的：进油口、回油口、控制口；分别设于进油口和回油口的液压阻尼装置；进油口和控制口之间形成进油油路；从进油口流入油腔的液压油在控制口向回油口之间形成回油油路；当两位三通高速电磁阀失电时（OFF)，调节气阀处于压缩机进气过程；当调节气阀处于压缩机压缩过程，受到执行机构的控制产生延迟关闭，通过延迟关闭对压缩机的气量进行调节，当两位三通高速电磁阀得电时（ON),控制口柱塞受到气阀关闭气体力的冲击推动，由柱塞上部油腔向回油口的流径上形成背压回路。本发明能够降低因压力油进入油腔和气阀延迟关闭产生的气阀冲击。
Description
技术领域
本发明涉及往复式压缩机无级气量调节系统中的无级调节执行机构领域，特别是一种无级气量调节专用气阀运行方法及其液压阻尼装置。
背景技术
石化和化工行业大型往复式压缩机功率高，耗电量大，通过采用无级气量调节系统进行节能改造，是提高压缩机能效的重要技术手段。近年来国产同类产品的出现，初步打破了国外产品在这一领域的垄断。
国产无级气量调节系统采用了一种球阀式的两位三通高速电磁阀作为无级执行机构的核心部件。但是球阀式的两位三通高速电磁阀在高压工况下密封性差，阀座容易损坏；同时球阀式的两位三通高速电磁阀在其运行时缺乏有效的液压阻尼，容易导致无级气量调节专用气阀发生机械损坏，影响了系统的安全性和可靠性。
现有的解决方案之一，在于降低液压油工作压力，以直接减少对无级气量调节专用气阀的冲击，提高气阀的使用寿命。但是降低液压油工作压力之后，在高压工况下（如炼油行业的新氢压缩机）球阀式两位三通高速电磁阀无法有效控制和工作。因此，有必要发明一种不降低液压油工作压力，同时又能够有效控制和工作，保障无级气量调节专用气阀运行寿命的技术方案。
中国发明专利CN101173658B提出，吸气阀在每转中都必须延迟关闭，造成吸气阀动作频繁，很容易损坏，降低了气阀的寿命，而且气阀噪声大。因此提出一种通过占空比的方法控制压缩机的加载循环和空载循环，实际是一种控制进气阀间歇工作的方法，这种方法提出了完全不同的解决方案，部分解决了延迟关闭带来的气阀冲击问题，能够有效提高进气阀的使用寿命。但是，这种方法加剧了气流脉动，只能在小型压缩机中应用推广，对于大型、高压、高负荷的石化工艺流程压缩机，是不可能实现进气阀的间歇工作的。因此，这种方法，并没有从根本上解决无级气量调节过程中，延迟关闭造成的气阀冲击。
再如中国发明专利CN103244399B提出，采用通断占空比的控制方式，在压缩机的T/4~3/4T（T为压缩机控制周期）范围内，通过两位三通高速电磁阀的通断控制进气阀的延迟关闭时间，达到对压缩机排气量进行无级调节的控制目的。但是并没有提出解决延迟关闭带来气阀冲击问题的技术方案，导致无级气量调节过程中气阀运行寿命低、系统运行不稳定。
因此，有必要发明一种能够有效降低进气阀延迟关闭造成的气阀冲击的方法，以及一种液压阻尼装置，使得国产无级气量调节系统能够实现长周期可靠运行。
发明内容
本发明目的是：提供一种无级气量调节专用气阀运行方法及其液压阻尼装置，解决的问题是：设有无级气量调节系统的往复式压缩机，通过无级执行机构的控制作用，使得进气阀在压缩过程中延迟关闭，部分气体回流到进气管路，从而实现气量调节。由于延迟关闭过程中回流气体力的作用，气流速度随着压缩机活塞速度的增加而增加，那么一旦进气阀关闭时，气流的冲击对于气阀阀片等部件造成了更大的冲击力，容易造成进气阀的机械损坏，从而影响到无级气量调节系统运行的可靠性和安全性。
本发明的技术方案是：一种压缩机无级气量调节气阀运行的方法及其液压阻尼装置，包括两位三通高速电磁阀，以及通往两位三通高速电磁阀油腔的：进油口、回油口、控制口；分别设于进油口和回油口的液压阻尼装置；进油口和控制口之间形成进油油路；从进油口流入油腔的液压油在控制口向回油口之间形成回油油路；当两位三通高速电磁阀失电时（OFF)，调节气阀处于压缩机进气过程，液压油从进油口通过一个节流装置对液压油的流入油腔产生阻尼作用，从而降低了执行机构对调节气阀的冲击力；当调节气阀处于压缩机压缩过程，受到执行机构的控制产生延迟关闭，通过延迟关闭对压缩机的气量进行调节，当两位三通高速电磁阀得电时（ON),控制口柱塞受到气阀关闭气体力的冲击推动，由柱塞上部油腔向回油口的流径上形成背压回路，通过在回油口设置一个节流装置对液压油的流出油腔产生阻尼作用，以减少气阀延迟关闭产生的关闭冲击力。
在三通高速电磁阀油腔中配合有通过电磁线圈驱动的阀芯，阀芯为双锥面密封，通过一连接螺钉和衔铁连为一体；当电磁阀失电时，在阀芯右端弹簧作用下，阀芯向左运动，关闭出油口，液压油通过入口节流阀（Nozzle)进入控制口，驱动柱塞向下运动，通过调节气阀卸荷器顶住阀片产生延迟关闭作用；当电磁阀得电时，在电磁线圈电磁力作用下，阀芯向右运动，关闭进油口，控制口柱塞上部油腔的液压油开始回油，液压油通过设于回油口的阻尼活塞组件，减缓了回油流量，对调节气阀产生关闭缓冲作用。
优选的是，所述两位三通高速电磁阀为滑阀式结构；所述阀芯为中空结构，以减少阀芯运动的惯性质量，提高电磁阀响应速度。
优选的是，所述设于进油口的液压阻尼装置，安装于进油口接头内，包括一滤网，一节流嘴（Nozzle),节流嘴的阻尼孔孔径根据不同工况进行选配，为0.4mm, 0.5mm,0.6mm，0.7mm,0.8mm或其它上述相邻尺寸范围内可供零件装配时选配的等效孔径数值。
优选的是，所述设于回油口的液压阻尼装置，包括一阻尼活塞组件，一复位弹簧，复位弹簧使阻尼活塞体得以复位,阻尼活塞组件的长度根据不同工况进行选配，为11mm,11.05mm, 11.10mm, 11.15mm, 11.20mm, 11.25mm,11.30mm, 11.35mm, 11.40mm,11.45mm, 11.5mm, 11.55mm，11.60mm,11.65mm或其它上述相邻尺寸范围内可供零件装配时选配的等效长度数值。
优选的是，所述电磁阀与进油口连接部位设有止回阀组件，止回阀组件包含一阀座，一止回阀，一弹簧；所述阀座设有密封圈。
优选的是，所述控制口内设有柱塞组件；柱塞组件包括一柱塞导套、一柱塞；柱塞导套设有油孔，油孔导入液压油后，液压油沿着导套内腔的周向油槽进行分布，对柱塞进行冷却和润滑，防止柱塞卡滞；所述柱塞组件通过调节气阀顶杆来控制进气阀的延迟关闭，实现压缩机气量的无级调节。
本发明的优点是：
1.本发明能够降低气阀延迟关闭产生的气阀冲击，提高国产无级气量调节系统的运行可靠性，对于国产无级气量调节系统的推广具有重要意义。
2.本发明缩短了和进口同类产品的技术差距，能够有效提高压缩机能效，降低企业耗电和运营成本。
3.具备本发明特征的无级气量调节系统具备广泛应用的前景。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为压缩机无级气量调节系统中无级调节执行机构的结构图；
图2为配备液压阻尼的无级执行机构的两位三通高速电磁阀结构图；
图3 为配备节流阀部件的进油口接头；
图4为出油口阻尼活塞组件的剖视图；
图5为出油口阻尼活塞组件的俯视图；
其中：1、进油口；2、回油口；3、控制口；4、两位三通高速电磁阀总成；5、柱塞；6、电磁阀线圈；7、阀芯；8、阀座；9、阀口；10、阻尼活塞组件；11、阻尼活塞体；12、阻尼孔；13、进油口接头；14、滤网；15、节流嘴。
具体实施方式
本发明的较佳实施例：
因为，如中国发明专利CN101173658B提出，通过控制进气阀间歇工作的方法，可以提高进气阀的使用寿命，但是并没有从根本上解决无级气量调节过程中，延迟关闭造成的气阀冲击。
本发明中提供的一种压缩机无级气量调节气阀运行的方法及其液压阻尼装置，包括两位三通高速电磁阀，包括在两位三通高速电磁阀的油腔上接入了：一进油口1、一回油口2、一控制口3；如图1所示，当来自液压油站的动力油，进入进油口后，通过两位三通高速电磁阀总成4的阀芯，并作用于一柱塞5，柱塞作用于一气阀顶杆，柱塞及气阀顶杆来控制进气阀的延迟关闭。
在原理上：当电磁阀失电时，在阀芯右端复位弹簧作用下，阀芯7向左运动，关闭回油口2，液压油通过入口节流阀（Nozzle)进入控制口3，驱动柱塞5向下运动，通过调节气阀卸荷器顶住阀片产生延迟关闭作用；当电磁阀得电时，在电磁线圈电磁力作用下，阀芯7向右运动，关闭进油口1，控制口3柱塞上部油腔的液压油开始回油，液压油通过设于回油口的阻尼活塞组件10，减缓了回油流量，对调节气阀产生关闭缓冲作用。
因此，在压缩机工作过程的压缩阶段，通过无级气量调节系统的控制，使得进气阀延迟关闭，吸入压缩机气缸的气体部分回流，此时进油口1在一止回阀的作用下，予以关闭。当气缸内剩余气体恰好是控制所需时，回油口2打开，柱塞5上部的动力油开始泄压，进气阀则开始关闭。 当进气阀开始关闭时，阻尼活塞组件10在液压油作用下立即向左运动，发生一个位移，位移的距离可以通过阻尼活塞组件10的长度进行调节。当阻尼活塞组件发生位移时，柱塞5上部油腔的液压油得到快速的泄放，柱塞5向上运动，同时释放气阀卸荷器的顶杆，进气阀阀片在受控状态下开始关闭，重要的是，在此阶段柱塞5上部油腔的液压油泄放的量，并不足以使得进气阀阀片完全关闭。当阻尼活塞组件10向左运动到位，柱塞5上部油腔的液压油继续通过设于阻尼活塞组件10上的阻尼孔进行泄放，于是液压油泄放的流量降低，柱塞5向上运动的速度也随之降低，阀片向阀座运动的撞击速度也随之降低，因气阀延迟关闭产生的气阀冲击得以减小。阻尼活塞组件10长度的设定可以根据压缩机工况参数、气阀设计参数、回流气体力等计算因子获得，并在实际应用中根据气阀的运动响应情况予以标定。在本例中，阻尼活塞组件10的长度为11.55mm。
基于上述方法，如图2所示，两位三通高速电磁阀控制口3内设有柱塞5，柱塞5通过连接至气阀顶杆来控制进气阀的延迟关闭。在油腔中配合有电磁阀线圈6推拉的阀芯7，回油口2内设有阀座8，阀芯7的左端与阀座8之间采用锥面密封式的阀口9来配合。当阀芯7伸出堵住回油口2，进油口1与控制口3连通；当阀芯7缩回，使控制口3与回油口2连通。
具体运动过程为：当气缸内剩余气体恰好是控制所需时，回油口2打开，柱塞5上部的工作油开始泄压，进气阀开始关闭。如图2所示，在两位三通高速电磁阀内部设有一阀芯7，而回油口2内部设有一阀座8，阀芯7和阀座8之间采用锥面密封式阀口9对接。当电磁阀线圈6得电，在电磁力作用下，阀芯7开始运动，阀芯7缩回则打开阀口9，柱塞5上部空腔内的动力油开始向回油口2泄压。此时，准备进入回油口2的动力油流入活塞腔内，首先推动一个阻尼活塞组件10，使得柱塞5上部空腔内的液压油得以在气阀前半段升程内快速泄放，气阀得以开始快速关闭。当阻尼活塞体11通过一个微小的位移和阀座8接触并形成限位和密封，阻尼活塞组件10不再运动，此时动力油继续通过阻尼活塞组件10上的阻尼孔12继续泄压，此时泄压的速度因为阻尼的作用已经降低，从而控制了气阀的关闭速度，进一步的降低了气阀的关闭冲击。
基于上述方法，如图2所示，在两位三通电磁阀进油口设有一止回阀。当进气阀延迟关闭阶段，回流气体产生的回流气体力对柱塞5产生一个向上的作用力，只有油腔内的液压油的压力大于这一作用力，进气阀的阀片才能够稳定地产生延迟关闭的效果。但是如果通过提高液压油的压力来平衡回流气体力，液压油的工作压力就必须相对更高，势必造成对气阀更大的冲击。为了获得一个相对较低的液压油工作压力，同时能够保证进气阀的阀片能够稳定地产生延迟关闭的效果，在两位三通电磁阀进油口设有一止回阀，当回流气体产生的回流气体力对柱塞5产生一个向上的作用力时，止回阀关闭进油口，电磁阀内部的油腔形成一个封闭的容腔，由于液体的不可压缩性，使得容腔内部产生一个与回流气体力平衡的液压力，从而保证进气阀的阀片能够稳定地产生延迟关闭的效果。
基于上述方法，如图3所示，在进油口接头13内，设有一液压阻尼装置，包括一滤网14，一节流嘴（Nozzle)15,节流嘴15的阻尼孔孔径根据不同工况进行选配，在本例为0.5mm。当调节气阀处于压缩机进气过程，液压油从进油口通过节流嘴15对液压油的流入油腔产生阻尼作用，从而降低了执行机构对调节气阀的冲击力；
针对本方案中阻尼孔孔径与阻尼活塞组件长度的范围进行举例说明：
| 序号 | 节流嘴的阻尼孔孔径 | 阻尼活塞组件的长度 |
| 1 | 0.4mm | 11mm |
| 2 | 0.45mm | 11.05mm |
| 3 | 0.5mm | 11.10mm |
| 4 | 0.55mm | 11.15mm |
| 5 | 0.6mm | 11.20mm |
| 6 | 0.4mm | 11.25mm |
| 7 | 0.45mm | 11.30mm |
| 8 | 0.5mm | 11.35mm |
| 9 | 0.55mm | 11.40mm |
| 10 | 0.6mm | 11.45mm |
| 11 | 0.65mm | 11.50mm |
| 12 | 0.7mm | 11.55mm |
| 13 | 0.75mm | 11.60mm |
| 14 | 0.8mm | 11.65mm |
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明的所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种压缩机无级气量调节气阀运行的方法及其液压阻尼装置，包括两位三通高速电磁阀，以及通往两位三通高速电磁阀油腔的：进油口、回油口、控制口；分别设于进油口和回油口的液压阻尼装置；进油口和控制口之间形成进油油路；从进油口流入油腔的液压油在控制口向回油口之间形成回油油路；当两位三通高速电磁阀失电时，调节气阀处于压缩机进气过程，液压油从进油口通过一个节流装置对液压油的流入油腔产生阻尼作用；当两位三通高速电磁阀得电时,控制口柱塞受到气阀关闭气体力的冲击推动，由柱塞上部油腔向回油口的流径上形成背压回路，通过在回油口设置一个节流装置对液压油的流出油腔产生阻尼作用。
2.根据权利要求1所述的一种压缩机无级气量调节气阀运行的方法及其液压阻尼装置，其特征在于：在两位三通高速电磁阀的油腔中配合有通过电磁线圈驱动的阀芯，阀芯为双锥面密封，通过一连接螺钉和衔铁连为一体；当电磁阀失电时，在阀芯右端弹簧作用下，阀芯向左运动，关闭出油口，液压油通过入口节流阀进入控制口，驱动柱塞向下运动，通过调节气阀卸荷器顶住阀片产生延迟关闭作用；当电磁阀得电时，在电磁线圈电磁力作用下，阀芯向右运动，关闭进油口，控制口柱塞上部油腔的液压油开始回油，液压油通过设于回油口的阻尼活塞组件。
3.根据权利要求2所述的一种压缩机无级气量调节气阀运行的方法及其液压阻尼装置，其特征在于：设于进油口的液压阻尼装置，安装于进油口接头内，包括一滤网，一节流嘴；节流嘴的阻尼孔孔径选配为0.4~0.8mm或其它等效孔径数值。
4.根据权利要求2所述的一种压缩机无级气量调节气阀运行的方法及其液压阻尼装置，其特征在于：设于回油口的液压阻尼装置，包括一阻尼活塞组件，一复位弹簧；阻尼活塞组件的长度选配为11~11.65mm或其它等效长度数值。
5.根据权利要求2所述的一种压缩机无级气量调节气阀运行的方法及其液压阻尼装置，其特征在于：所述两位三通高速电磁阀与进油口连接部位设有止回阀组件，止回阀组件包含一阀座，一止回阀，一弹簧；所述阀座设有密封圈。
6.根据权利要求2所述的一种压缩机无级气量调节气阀运行的方法及其液压阻尼装置，其特征在于：所述控制口内设有柱塞组件；柱塞组件包括一柱塞导套、一柱塞；柱塞导套设有油孔，油孔导入液压油后，液压油沿着导套内腔的周向油槽进行分布；所述柱塞组件通过调节气阀顶杆来控制进气阀的延迟关闭。
7.根据权利要求2所述的一种压缩机无级气量调节气阀运行的方法及其液压阻尼装置，其特征在于：所述两位三通高速电磁阀为滑阀式结构；所述阀芯为中空结构。
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