CN112343787A - 一种液压式压缩速度可控式节能型双级压缩机传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压式压缩速度可控式节能型双级压缩机传动系统，包括活塞缸，以及由活塞缸驱动的第一压缩容腔和第二压缩容腔；还包括变量泵、变量调节阀、伺服阀/比例阀、梭阀，伺服阀/比例阀的两个出口分别与活塞缸进出口相连接并控制活塞杆的运动方向及位移；活塞缸左右两个油腔的压力通过梭阀后，将活塞缸的实时压力反馈到变量泵上的流量变量控制阀的进口处，控制变量泵的流量输出；第一压力传感器和第二压力传感器用于反馈控制所述伺服阀/比例阀的阀口开度，通过伺服阀/比例阀的阀口开度来控制活塞杆的运动速度。本发明提出的一种液压式压缩速度可控式节能型双级压缩机传动系统，解决了现有的压缩机整体工作效率低、能量浪费严重的问题。

Description

一种液压式压缩速度可控式节能型双级压缩机传动系统

技术领域

本发明涉及气体压缩机技术领域，尤其涉及一种液压式压缩速度可控式节能型双级压缩机传动系统。

背景技术

目前国内外常用的压缩机普遍采用了机械式结构，整体结构较为复杂，传动系统庞大，导致机械式压缩机在较高压的环境下的压缩效率较低。在工作过程中由于传动结构的往复运动及高交变的作用下，机械式压缩机的噪声较大。因此在较高压力的场合常应用液压式压缩系统。然而现有的液压式压缩系统存在以下几个方面的问题：

(1)基本采用了普通换向阀对压缩油缸进行换向控制，并不能对活塞杆的位移进行实时控制，导致压缩系统整体工作效率较低，能量浪费严重。

(2)现有的实施方式则无法实现等温压缩，导致压缩过程气体的效率越低。

(3)现有压缩系统在压缩完成后通过余隙容积中的高压气体压力和进气压力将活塞推回下止点，能量浪费严重。

发明内容

本发明提出一种液压式压缩速度可控式节能型双级压缩机传动系统，以解决现有压缩机整体工作效率较低，能量浪费严重的问题。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种液压式压缩速度可控式节能型双级压缩机传动系统，其特殊之处在于：包括

活塞缸，以及由活塞缸驱动的第一压缩容腔和第二压缩容腔；

还包括变量泵、变量调节阀、伺服阀/比例阀、梭阀，变量泵输出的高压油液进入到伺服阀/比例阀，伺服阀/比例阀的两个出口分别与活塞缸进出口相连接并控制活塞杆的运动方向及位移；活塞缸左右两个油腔的压力通过梭阀后，将活塞缸的实时压力反馈到变量泵上的流量变量控制阀的进口处，控制变量泵的流量输出；

还包括位移传感器、第一压力传感器和第二压力传感器；所述位移传感器用于获取活塞杆的位移信息，第一压力传感器和第二压力传感器分别用于获取第一压缩容腔和第二压缩容腔的压力信息，所述位移传感器、第一压力传感器和第二压力传感器用于反馈控制所述伺服阀/比例阀的阀口开度，通过伺服阀/比例阀的阀口开度来控制活塞杆的运动速度。

进一步的是：还包括第一单向阀、第二单向阀和第三单向阀，

第一压缩容腔和第二压缩容腔分别为低压压缩腔和高压压缩腔，第一单向阀的出口与第一压缩容腔相连接；

第一压缩容腔的出口与单向阀的进口相连接，单向阀的出口与高压压缩腔的进口相连接，高压压缩腔的出口与单向阀的进口相连接，单向阀出口输出压缩气体。

进一步的是：还包括溢流阀，所述溢流阀和变量泵的出口相连接。

进一步的是：还包括用于保护变量泵的压力切断阀。

进一步的是：还包括电机，所述电机用于驱动变量泵运动。

进一步的是：所述电机为恒转速转动的电机。

进一步的是：还包括一组外置的冷却系统，用于对回油进行冷却。

进一步的是：所述位移传感器设置在活塞杆未被所述第一压缩容腔、活塞缸、第二压缩容腔遮挡的部分上。

本发明的优点：

1)本发明通过位移传感器实时监测活塞杆的运动速度及位移，第一压力传感器和第二压力传感器实时监测及判断气体压力状态，能够实现对活塞杆的位移进行实时控制，通过压缩气体状态决定此时压缩机的活塞杆的工作速度。

2)本发明通过控制活塞运动速度优化了压缩过程的气体指数，使压缩过程更贴近等温压缩，提高了压缩传动系统的工作效率，减少能量的浪费。

3)本发明采用双级压缩并且对第一压缩容腔和第二压缩容腔余隙容积中的气体压力势能进行再次利用，在第一压缩容腔压缩完成后，余隙容积内高压气体压力和进气压力的作用力反作用于第二压缩容腔侧，起到馈能作用，从而提高了压缩机工作效率及能量的利用效率。

附图说明

图1为本发明的系统示意图；

图2为本发明实施例1中系统示意图；

图3为本发明实施例1中系统示意图；

图4为本发明压缩气缸的示意图。

其中：1-电机，2-变量泵，3-压力切断阀，4-变量调节阀，5-伺服阀/比例阀，6-活塞缸，7-位移传感器，8-第一压力传感器，9-第二压力传感器，10-溢流阀，11-梭阀，12-第一单向阀，13-第二单向阀，14-第三单向阀，15-第一压缩容腔，16-第二压缩容腔，17-油缸，18-第一活塞，19-第二活塞，20-第三活塞，21-活塞杆。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

如图1所示，一种液压式压缩速度可控式节能型双级压缩机传动系统，包括进出口依次连通的油缸17、变量泵2和伺服阀/比例阀5，进出口与伺服阀/比例阀5的两个出口连通的活塞缸6，还包括变量调节阀4、压力切断阀3以及梭阀11。

如图4所示，活塞缸6驱动第一压缩容腔15和第二压缩容腔16进行压缩。第一压缩容腔15、活塞缸6、第二压缩容腔16内部分别设有第一活塞18、第二活塞19和第三活塞20，第一活塞18的一侧和活塞杆21的一端连接，活塞杆21的另一端依次穿过第一压缩容腔15的外壁、活塞缸6的靠近第一压缩容腔15的外壁、第二活塞19、活塞缸6的靠近第二压缩容腔16的外壁、第二压缩容腔16的外壁并固定在第三活塞20的一侧；第二活塞19将活塞缸6分为左右两个油腔，左右两个油腔的压力通过梭阀11后，能够将活塞缸6的实时压力反馈到变量泵2上的变量调节阀4上，并与压力切断阀3联合左右控制变量泵2的流量输出。

活塞杆21上设置有位移传感器7，第一压缩容腔15和第二压缩容腔16的内部分别设置有第一压力传感器8和第二压力传感器9，位移传感器7、第一压力传感器8和第二压力传感器9均与伺服阀/比例阀5电连接，在伺服阀/比例阀5接收到位移传感器7、第一压力传感器8和第二压力传感器9的信号时改变阀口开度，当伺服阀/比例阀5的阀口开度改变时，活塞杆21的运动速度会发生改变。

变量泵2由电机1驱动，变量泵2所输出的高压油液进入到伺服阀/比例阀5，伺服阀/比例阀5的两个出口与活塞缸6进出口相连接并控制活塞杆21的运动方向及位移。在气体压缩过程中的负载时变化时，压缩气缸由变量泵2驱动，实现了变量泵2随负载变化调节自身输出功率的功能。

作为本发明一个优选的实施例：位移传感器7设置在活塞杆21未被第一压缩容腔15、活塞缸6、第二压缩容腔16遮挡的部分上，用于检测活塞杆21的位移。

作为本发明一个优选的实施例：压缩气缸还包括第一单向阀12、第二单向阀13和第三单向阀14，第一压缩容腔15为低压压缩腔，第二压缩容腔16为高压压缩腔，低压气体从第一单向阀12的进口进入，依次通过第一单向阀12、第一压缩容腔15、第二单向阀13、第二压缩容腔16、第三单向阀14并进入到压缩气体工作部分。

作为本发明一个优选的实施例：还包括溢流阀10，溢流阀10和变量泵2的出口相连接。

作为本发明一个优选的实施例：电机1用于驱动变量泵2运动，电机1为恒转速转动的电机，在压缩过程中电机1转速不变，变量泵2根据负载变化而改变输出流量和压力，节省了电机1变速所耗能量。

作为本发明一个优选的实施例：还包括一组外置冷却系统。

本发明液压式双级压缩传动系统的工作原理：

如图2、图3所示，变量泵2由电机1驱动，在压气过程中，伺服阀/比例阀5首先处于左侧位置，随着负载不断加大，变量调节阀4作动到右侧，变量泵2与油缸17连通，实现变量泵2的变量功能，在压缩气缸排气过程中，随着可能出现的压力波动，变量调节阀4会左右摇摆，微调适应负载压力。压力切断阀6一般不动作，仅在压力过高时动作使压力保持在设定值以下，起保护变量泵2的作用。在压缩气缸中的活塞杆21运动到顶部后，位移传感器7给出信号，伺服阀/比例阀5做动到右侧，气体压力将液压油挤回油缸17，位移传感器7再给出信号，控制伺服阀/比例阀5回到左侧，实现压缩气缸的往复运动和两级压缩功能，在一级进行压缩时，另一极处于进气状态，处于进气状态一侧的压力也作用到活塞上压缩反侧，起到馈能作用，节省能量。

本发明中控制活塞杆21的速度原理：

通过位移传感器7采集活塞杆21的位置，第一压力传感器8实时控制第一压缩容腔15的压力，应用克拉伯龙方程，在理想等温压缩过程中，第一压缩容腔15内的压力容积乘积值恒定，通过控制器调节伺服阀/比例阀5阀口开度的方法调节活塞杆21的运动速度，在压力容积乘积值大于设定值时，减小伺服阀/比例阀5开度，减慢活塞杆21的运动速度；反之，在压力容积乘积值偏小稳定而流量较小时，加大伺服阀/比例阀5的阀口开度，增加活塞杆21的运动速度。实现压缩系统的等温大排量压缩功能。

以上仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种液压式压缩速度可控式节能型双级压缩机传动系统，其特征在于，

包括活塞缸(6)，以及由活塞缸(6)驱动的第一压缩容腔(15)和第二压缩容腔(16)；

还包括变量泵(2)、变量调节阀(4)、伺服阀/比例阀(5)、梭阀(11)，变量泵(2)输出的高压油液进入到伺服阀/比例阀(5)，伺服阀/比例阀(5)的两个出口分别与活塞缸(6)进出口相连接并控制活塞杆(21)的运动方向及位移；活塞缸(6)左右两个油腔的压力通过梭阀(11)后，将活塞缸(6)的实时压力反馈到变量泵(2)上的流量变量控制阀(4)的进口处，控制变量泵(2)的流量输出；

还包括位移传感器(7)、第一压力传感器(8)和第二压力传感器(9)；所述位移传感器(7)用于获取活塞杆(21)的位移信息，第一压力传感器(8)和第二压力传感器(9)分别用于获取第一压缩容腔(15)和第二压缩容腔(16)的压力信息，所述位移传感器(7)、第一压力传感器(8)和第二压力传感器(9)用于反馈控制所述伺服阀/比例阀(5)的阀口开度，通过伺服阀/比例阀(5)的阀口开度来控制活塞杆(21)的运动速度。

2.根据权利要求1所述的一种液压式压缩速度可控式节能型双级压缩机传动系统，其特征在于，

还包括第一单向阀(12)、第二单向阀(13)和第三单向阀(14)，

第一压缩容腔(15)和第二压缩容腔(16)分别为低压压缩腔和高压压缩腔，第一单向阀(12)的出口与第一压缩容腔(15)相连接；

第一压缩容腔(15)的出口与单向阀(13)的进口相连接，单向阀(13)的出口与高压压缩腔的进口相连接，高压压缩腔的出口与单向阀(14)的进口相连接，单向阀(14)出口输出压缩气体。

3.根据权利要求1所述的一种液压式压缩速度可控式节能型双级压缩机传动系统，其特征在于，还包括溢流阀(10)，所述溢流阀(10)和变量泵(2)的出口相连接。

4.根据权利要求1所述的一种液压式压缩速度可控式节能型双级压缩机传动系统，其特征在于，还包括用于保护变量泵(2)的压力切断阀(3)。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种液压式压缩速度可控式节能型双级压缩机传动系统，其特征在于，还包括电机(1)，所述电机(1)用于驱动变量泵(2)运动。

6.根据权利要求5所述的一种液压式压缩速度可控式节能型双级压缩机传动系统，其特征在于，所述电机(1)为恒转速转动的电机。

7.根据权利要求1-4任一所述的一种液压式压缩速度可控式节能型双级压缩机传动系统，其特征在于，还包括一组外置的冷却系统，用于对回油进行冷却。

8.根据权利要求1所述的一种液压式压缩速度可控式节能型双级压缩机传动系统，其特征在于，所述位移传感器(7)设置在活塞杆(21)未被所述第一压缩容腔(15)、活塞缸(6)、第二压缩容腔(16)遮挡的部分上。

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