CN113153687B - 一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统 - Google Patents

一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及液驱活塞压缩机技术领域，尤其涉及一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统，包括温度传感器、导线、信号采集装置、第一收放线装置和第二收放线装置，温度传感器设置在浮动活塞朝向活塞杆一侧的端面上；导线紧贴活塞杆的外壁运动，导线一端与温度传感器连接，另一端依次穿过第一收放线装置和第二收放线装置后连接在信号采集装置上；第一收放线装置和第二收放线装置均用于卷起或释放导线；当活塞杆往复运动时，第一收放线装置和第二收放线装置能够根据浮动活塞和活塞杆运动的位移调整导线的伸缩长度。本发明提出的一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统，解决了现有的温度测量系统存在无法持续监测浮动活塞温度的问题。

Description

一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统
技术领域
本发明涉及液驱动活塞压缩机技术领域，尤其涉及一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统。
背景技术
液驱活塞压缩机主要应用于加氢站及天然气站领域，是提高气体压力和输送气体的关键设备，由于其具有节能环保、占地小、投资少、能带载启停、易维护、运维成本低等优点，液驱活塞压缩机逐渐成为加氢站压缩机的主流技术之一。加氢站是氢能源推广应用的关键环节，压缩机作为加氢站的核心设备之一，其成本占比达总成本的30％，因此提高压缩机的性能、降低压缩机的成本十分重要。
加氢站中，压缩机的排气压力高达到90MPa，活塞服役于高温高压的临氢环境之中，这必然会导致受热零部件温度很高且受热不均匀，尤其是活塞这类热负荷大的核心零件，若设计不当很可能会引起热变形、裂纹、泄漏等故障，还会影响活塞环的使用寿命。为了分析这些故障产生的原因和研究探索解决方案，实测出往复运动活塞温度就显得尤其紧迫。
现有活塞温度的测量方法包括：硬度塞测温、无线温度传感器测温和有线温度测量。硬度塞测温法，只能在机组启/停机前后对比硬度塞参数，只能测出活塞温度峰值，无法得到机组运行过程中活塞的温度值，且打孔安装硬度塞会损害活塞的结构。无线温度传感器测温需要采用无线测温模块，但是无线模块体积较大，无法适用于液驱活塞压缩机缸内的狭小空间。采用有线温度测量方法的难点在于传感器的引线布置，常规方法需要设置穿线孔，测量动部件时需要预留一定长度的导线，预留过短会导致导线被动部件扯断，预留过长会导致信号线缠绕甚至断裂。
发明内容
本发明提出一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统，以解决现有的温度测量系统存在无法持续监测活塞温度的问题。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统，安装在液驱活塞压缩机上，包括
温度传感器，设置在浮动活塞朝向活塞杆一侧的端面上；
导线，紧贴活塞杆的外壁运动，所述导线一端与温度传感器电连接，另一端依次穿过第一收放线装置和第二收放线装置后连接在信号采集装置上；所述第一收放线装置和第二收放线装置分别设置在活塞杆的侧壁和气缸的外壳壁面上，用于卷起或释放导线；
所述信号采集装置被配置为：采集并转换所述导线输出的信号；并将转换后的信号传输至数据处理子系统；
当活塞杆往复运动时，所述第一收放线装置和第二收放线装置能够根据浮动活塞和活塞杆运动的位移调整导线的伸缩长度。
优选的是，所述导线包括第一导线、第二导线和第三导线，所述第二导线的第一端通过第一收放线装置与第一导线导通，所述第二导线的第二端通过第二收放线装置与第三导线导通。
优选的是，所述第二收放线装置包括壳体，所述壳体上设置有第一固定柱和第二固定柱；
所述第一固定柱外壁上依次套设有第一PCB印制线路板、第二PCB印制线路板和旋转盘，所述第一PCB印制线路板与壳体固定连接，所述第二PCB印制线路板与旋转盘固定连接；所述第二PCB印制线路板的两侧分别设有环形金属线圈和焊线端，所述第一PCB印制线路板在靠近第二PCB印制线路板的一侧上设置有与环形金属线圈接触导通的电刷端子；
第二固定柱的外壁上套设有卷簧，所述卷簧的一端固定在第二固定柱上，另一端固定在旋转盘的侧壁上；
所述第二导线的第二端连接在焊线端，并通过环形金属线圈和电刷端子与所述第三导线的第一端导通，所述第二导线的第一端绕旋转盘缠绕后伸出壳体与第一导线导通；所述壳体上设置有金属引线端子。
优选的是，所述第一收放线装置的结构与第二收放线装置的结构相同。
优选的是，还包括导向管，所述导向管卡接在液驱活塞压缩机的缸套上，所述导向管在靠近活塞杆的一端处设置有一可沿轴线旋转的转动圆筒，所述转动圆筒的轴线垂直于活塞杆的轴线。
优选的是，所述导向管的另一端固定在所述第二收放线装置的壳体上，所述导向管的另一端固定在所述第二收放线装置上。
优选的是，所述导向管为空心金属管。
优选的是，所述液驱活塞压缩机的缸套上开设有与导向管相配合的通道。
优选的是，所述温度传感器为热电阻、热电偶。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明用于测量液驱活塞压缩机往复运动活塞的温度，装置结构简单，使用方便，易操作；本发明可实现浮动活塞动态运行中的温度数据的连续采集；无需对液驱活塞压缩机机组进行较大改动，仅需要使用2个收放线装置和一个导向管即可实现监测，根据浮动活塞及活塞杆运动的位移有效自适应伸缩导线长度，有效避免了导线预留长度不合适导致的导线扯断、缠绕、绞断的问题。
附图说明
图1为本发明监测系统的流程示意图；
图2为液驱活塞压缩机的结构示意图；
图3为浮动活塞与活塞杆分离时温度测量系统的示意图；
图4为浮动活塞与活塞杆不分离时温度测量系统的示意图；
图5为本发明第二收放线装置的立体图；
图6为本发明第二收放线装置的爆炸图；
图7为本发明第二收放线装置的爆炸图；
图8为本发明导向管的结构示意图。
图中：1-温度传感器，2-导线，21-第一导线，22-第二导线，23-第三导线，3-活塞杆，4-信号采集装置，5-浮动活塞，6-第一收放线装置，7-第二收放线装置，70-壳体，71-卷簧，72-第一PCB印制线路板，721-电刷端子，73-第二PCB印制线路板，731-焊线端，732-环形金属线圈，733-定位孔，74-旋转盘，741-缠绕柱，742-过线槽，743-定位销，75-第一固定柱，76-第二固定柱，8-气缸，9-导向管，10-转动圆筒，11-金属引线端子，12-接近开关。
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。
实施例1：如图1、图3-8所示的一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统，安装在如图2所示的液驱活塞压缩机上，包括温度传感器1、导线2、第一收放线装置6、第二收放线装置7、信号采集装置4和导向管9。
如图3所示，温度传感器1黏贴在浮动活塞5朝向活塞杆3一侧的端面上；导线2紧贴活塞杆3的外壁运动，导线2一端与温度传感器1连接，另一端依次穿过第一收放线装置6和第二收放线装置7后连接在信号采集装置4上；第一收放线装置6和第二收放线装置7分别设置在活塞杆3的侧壁和气缸8的外壳壁面上，用于卷起或释放导线2。
如图8所示，导向管9结构为一空心金属管，导向管9卡接液驱活塞压缩机的缸套上，具体安装在液驱活塞压缩机机身上接近开关12安装通道的另一侧未使用的通道。导向管9的一端具有金属销结构，金属销外套有一可沿轴线旋转的转动圆筒10，转动圆筒10的轴线垂直于活塞杆3的轴线。
信号采集装置4需要实现信号滤波、放大，调理及A/D转换，信号采集装置4被配置为：采集导线2输出的模拟信号，将模拟信号转换成数字信号并将转换后的数字信号传输至数据处理子系统储存，以供后续分析和处理。数据处理子系统与信号采集装置4电连接。
当活塞杆3往复运动时，第一收放线装置6和第二收放线装置7能够根据浮动活塞5和活塞杆3运动的位移调整导线2的伸缩长度，有效避免了导线2预留长度不合适导致的导线2扯断、缠绕、绞断的问题。
第一收放线装置6和第二收放线装置7调整导线2的伸缩长度的原理：
如图4所示，当浮动活塞5与活塞杆3分开时，温度传感器1的导线2通过第一收放线装置6实现伸长，当浮动活塞5与活塞杆3接触时，多余的导线2通过第一收放线装置6实现收缩；第一收放线装置6可通过胶带缠绕或胶粘的方式固定于活塞杆3颈部。
将导向管9通过压缩机缸套上的通道伸入至活塞杆3附近，将导线2绕过转动圆筒10再穿入导向管9中实现导线2运动转向，同时保证导线2紧贴活塞杆3运动；当活塞杆3向缸头端运行时，导线2通过第二收放线装置7实现伸长，当活塞杆3向油缸端运行时，多余的导线2通过第二收放线装置7实现收缩；导向管9和第二收放线装置7通过胶带缠绕、胶粘或支架固定的方式固定和控制导线2和活塞杆3之间的距离，以保证导线2紧贴活塞杆3运动。
作为本发明一个优选的实施例：如图4-7所示，导线2包括第一导线21、第二导线22和第三导线23；第二收放线装置7包括壳体70、卷簧71、第一PCB印制线路板72、第二PCB印制线路板73、旋转盘74、第一固定柱75和第二固定柱76。
第一固定柱75和第二固定柱76固定在壳体70的上表面，旋转盘74的中心处设置有空心缠绕柱741，旋转盘74通过缠绕柱741套设在第一固定柱75上并绕第一固定柱75转动连接。缠绕柱741由分别位于旋转盘74两侧的缠绕部和支撑部组成，缠绕部位于旋转盘74的上表面，用于第二导线22的缠绕，支撑部的外壁上依次套设有第二PCB印制线路板73和第一PCB印制线路板72，第二PCB印制线路板73通过定位孔733和定位销743固定在旋转盘74的底部，第一PCB印制线路板72通过其底部的凸起卡接在壳体70上。第二固定柱76的外壁上套设有卷簧71，卷簧71的一端固定在第二固定柱76上，另一端延伸至第一PCB印制线路板72的底部，并固定在缠绕柱741的支撑部上。
旋转盘74套在第一固定柱75上，实现旋转；第二收放线装置7工作时，第二导线22被牵引拉长，带动旋转盘74旋转，旋转盘74带动卷簧71伸长；当第二导线22不再受牵引需要缩端时，卷簧71收缩带动旋转盘74反向旋转，将第二导线22缠绕缩短。
第二PCB印制线路板73的一侧设有焊接端731，另一侧设有环形金属线圈732，焊接端731和环形金属线圈732的个数与监测点所需信号线路数相同(例如：用热电偶测监测一个温度测点，需要两根信号线，因此需要两个焊线端731和两圈金属线圈732，以此类推)，每一个环形金属线圈732与另一侧相应直径处的焊线端731导通；第一PCB印制线路板72在与第二PCB印制线路板73接触的一侧设置有多个沿径向排列的电刷端子721，沿径向排列的各个电刷端子721与环形金属线圈732接触导通，电刷端子721的个数与环形金属线圈732的数量相同。
缠绕柱741在远离第二PCB印制线路板73的一侧开设有过线槽742，第二导线22的第一端从过线槽742伸出后绕缠绕柱741缠绕，并连接在第一收放线装置6的电刷端子上，第二导线22的第二端通过焊接方式接到第二PCB印制线路板73的焊线端731处，焊线端731通过另一侧的环形金属线圈732与第一PCB印制线路板72的电刷端子721导通，进而与连接在电刷端子721上的第三导线23的第一端导通。
第一收放线装置6与第二收放线装置7的结构相同，导线2的缠绕与导通原理也相同，这里不过多赘述。第一导线21的一端与温度传感器1导通，第一导线21的第二端与第一收放线装置6的焊线端731导通，并通过第一收放线装置6中的环形金属线圈732和电刷端子721与第二导线22的第一端导通；第二导线22的第二端与第二收放线装置7的焊线端731连接，并通过环形金属线圈732和电刷端子721与第三导线23的第一端导通。
作为本发明一个优选的实施例：通过加工，可实现导向管9的另一端与第二收放线装置7的壳体70固定，壳体70上设置有金属引线端子11，金属引线端子11通过玻璃烧结方式固定，壳体70两侧的第三导线23通过金属引线端子11连接。
作为本发明一个优选的实施例：液驱活塞压缩机的缸套上开设有与导向管9相配合的通道。
作为本发明一个优选的实施例：温度传感器1为热电阻、热电偶，具体的选型、监测点个数根据活塞尺寸和监测需求选择的，当选用热电偶监测活塞温度时，环形金属线圈732、焊线端731和电刷端子721的数量与导线束内信号线的数量相同。
以上所述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 (9)

1.一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统，安装在液驱活塞压缩机上，其特征在于，包括
温度传感器(1)，设置在浮动活塞(5)朝向活塞杆(3)一侧的端面上；
导线(2)，紧贴活塞杆(3)的外壁运动，所述导线(2)一端与温度传感器(1)连接，另一端依次穿过第一收放线装置(6)和第二收放线装置(7)后连接在信号采集装置(4)上；所述第一收放线装置(6)和第二收放线装置(7)分别设置在活塞杆(3)的侧壁和气缸(8)的外壳壁面上，用于卷起或释放导线(2)；
所述信号采集装置(4)被配置为：采集并转换所述导线(2)输出的信号；并将转换后的信号传输至数据处理子系统；
当活塞杆(3)往复运动时，所述第一收放线装置(6)和第二收放线装置(7)能够根据浮动活塞(5)和活塞杆(3)运动的位移调整导线(2)的伸缩长度。
2.根据权利要求1所述的一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统，其特征在于：所述导线(2)包括第一导线(21)、第二导线(22)和第三导线(23)，所述第二导线(22)的第一端通过第一收放线装置(6)与第一导线(21)导通，所述第二导线(22)的第二端通过第二收放线装置(7)与第三导线(23)导通。
3.根据权利要求2所述的一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统，其特征在于：所述第二收放线装置(7)包括壳体(70)，所述壳体(70)上设置有第一固定柱(75)和第二固定柱(76)；
所述第一固定柱(75)外壁上依次套设有第一PCB印制线路板(72)、第二PCB印制线路板(73)和旋转盘(74)，所述第一PCB印制线路板(72)与壳体(70)固定连接，所述第二PCB印制线路板(73)与旋转盘(74)固定连接；所述第二PCB印制线路板(73)的一侧设有环形金属线圈(732)，另一侧设有焊线端(731)，所述第一PCB印制线路板(72)在靠近第二PCB印制线路板(73)的一侧上设置有与环形金属线圈(732)接触导通的电刷端子(721)；
第二固定柱(76)的外壁上套设有卷簧(71)，所述卷簧(71)的一端固定在第二固定柱(76)上，另一端固定在旋转盘(74)的侧壁上；
所述第二导线(22)的第二端连接在焊线端(731)，并通过环形金属线圈(732)和电刷端子(721)与所述第三导线(23)的第一端导通，所述第二导线(22)的第一端绕旋转盘(74)缠绕后伸出壳体(70)与第一导线(21)导通，所述壳体(70)上设置有金属引线端子(11)。
4.根据权利要求3所述的一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统，其特征在于：所述第一收放线装置(6)的结构与第二收放线装置(7)的结构相同。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统，其特征在于：还包括导向管(9)，所述导向管(9)卡接在液驱活塞压缩机的缸套上，所述导向管(9)在靠近活塞杆(3)的一端处设置有一沿轴线旋转的转动圆筒(10)，所述转动圆筒(10)的轴线垂直于活塞杆(3)的轴线。
6.根据权利要求5所述的一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统，其特征在于：所述导向管(9)的另一端固定在所述第二收放线装置(7)上。
7.根据权利要求5所述的一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统，其特征在于：所述导向管(9)为空心金属管。
8.根据权利要求6所述的一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统，其特征在于：所述液驱活塞压缩机的缸套上开设有与导向管(9)相配合的通道。
9.根据权利要求1所述的一种液驱活塞压缩机活塞温度测量系统，其特征在于：所述温度传感器(1)为热电阻、热电偶。
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