CN113738618A - 隔膜压缩机油气压伴随控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种隔膜压缩机油气压伴随控制系统及方法，涉及隔膜压缩机技术领域。该控制系统包括控制单元、油气压伴随控制装置、压力变送器、压力控制阀和低压气源；油气压伴随控制装置的低压气腔通过压力控制阀与低压气源连通，溢流腔与隔膜压缩机的油缸连通；低压气源为隔膜压缩机的阀门控制气源；压力变送器用于检测隔膜压缩机的排气压力值；控制单元与压力变送器和压力控制阀均电连接；控制单元被配置为：接收压力变送器检测到的排气压力值；根据排气压力值、低压气腔的通流面积和进油口的通流面积，计算低压气腔压力值；控制压力控制阀的开度，使其阀后压力为低压气腔压力值。本申请同时提供了一种隔膜压缩机油气压伴随控制方法。

Description

隔膜压缩机油气压伴随控制系统及方法

技术领域

本申请涉及隔膜压缩机技术领域，尤其涉及一种隔膜压缩机油气压伴随控制系统及方法。

背景技术

隔膜压缩机尤其是加氢站用高压隔膜压缩机，排气压力是从小到大持续增大的，大多采用传统溢油阀来控制油压，需要将溢油阀溢油压力设定为最高排气压力的1.1～1.15倍，导致压缩机在大部分工作时间内的油气压力差过大，不仅使压缩机功率增大，还会使膜片受力过大，影响膜片寿命，不利于压缩机的安全稳定运行。

现在也有部分压缩机采用随动阀，但是现有随动阀结构都是将排气分一条支路到溢油阀气侧，采用膜片将气体和液压油分开，这种溢油阀结够相当于一个小型的隔膜机，其膜片是易损件，一方面要定期更换，另一方面多了一套膜片就增加了系统的故障率。

为了解决上述技术问题，中国专利《一种隔膜压缩机油气压伴随控制装置及其控制系统》(公告号：CN111810389B)，公开了一种油气压随动控制结构，包括隔膜压缩机、压力变送器、齿轮泵、比例溢流阀和油气压伴随控制装置。压力变送器测得排气压力值并转成电信号传给比例溢流阀控制端X，比例溢流阀根据排气压力的信号控制自身比例电磁铁的位移量来调整齿轮泵出口压力，使齿轮泵出口压力与排气压力实现随动，齿轮泵出口的低压油供给随动阀的低压腔内，以此控制油气压伴随控制装置的溢流压力，从而实现隔膜压缩机油压与排气压力随动。但是由于该技术方案需要额外增加一个低压油管路，并增加一个齿轮泵，增大了系统的复杂度。

发明内容

本申请的实施例提供一种隔膜压缩机油气压伴随控制系统及方法，通过低压气控制高压油的溢流压力，不采用膜片结构就可以实现液压油溢油压力与排气压力的随动，减小了系统的复杂性和故障率，同时排气压力转换为电信号对溢油压力进行控制，被压缩工质不会与油接触，避免了被压缩工质被油污染的风险，另外，由于压缩机组本身都会配备低压气源作为阀门控制气源，因此，无需额外设置气源或其他辅助动力装置。

为达到上述目的，一方面，本申请的实施例提供了一种隔膜压缩机油气压伴随控制系统，包括控制单元、油气压伴随控制装置、压力变送器、压力控制阀和低压气源；所述油气压伴随控制装置包括低压气腔和溢流腔；所述低压气腔通过压力控制阀与所述低压气源连通；所述溢流腔的进油口和溢流口均与隔膜压缩机的油缸连通；所述低压气源为所述隔膜压缩机的阀门控制气源；所述压力变送器用于检测所述隔膜压缩机的排气压力值；所述控制单元与所述压力变送器和所述压力控制阀均电连接；所述控制单元被配置为：接收所述压力变送器检测到的排气压力值；根据排气压力值、低压气腔的通流面积和进油口的通流面积，通过公式(1)计算低压气腔压力值p_g；

其中，A₁为低压气腔的通流面积，A₂为进油口的通流面积，p_d为隔膜压缩机的排气压力值，λ为油气压力比；控制压力控制阀的开度，使其阀后压力为低压气腔压力值。

进一步地，所述油气压伴随控制装置包括阀盖与阀体，所述阀盖与所述阀体相互扣合形成阀腔；所述阀腔内设有阀杆；所述阀杆的第一端与所述阀盖之间形成所述低压气腔，所述阀体内设有阀芯，所述阀杆的第二端与所述阀芯密封连接，且所述阀腔的内壁、所述阀杆和所述阀芯共同围成所述溢流腔，所述溢流腔的侧壁上设有溢流口，所述阀芯内设有进油口，所述溢流腔分别通过所述溢流口和所述进油口与所述隔膜压缩机的油缸连通，且所述阀杆的第一端的横截面积大于所述进油口的通流面积。

进一步地，所述阀杆为两端小中间大的阶梯轴，所述阀杆的中间段与所述阀腔的内壁之间密封连接，所述阀杆的第一端、所述阀杆的中间段和所述阀盖共同围成隔离腔；所述隔离腔的侧壁上设有隔离腔排放口；所述阀杆的第二端、所述阀杆的中间段和所述阀腔的内壁共同围成所述溢流腔。

进一步地，所述阀杆和所述阀芯之间通过密封体密封，所述密封体位于所述阀杆的底部与所述进油口的口部之间。

进一步地，所述密封体为球形或锥体。

进一步地，所述阀杆的第一端通过第一密封圈与所述阀盖滑动密封；所述阀杆的中间段通过第二密封圈与所述阀体的内壁密封连接。

进一步地，所述控制单元为PLC。

另一方面，本申请的实施例还提供了一种隔膜压缩机油气压伴随控制方法，包括以下步骤：接收压力变送器检测到的排气压力值；根据排气压力值、低压气腔的通流面积和进油口的通流面积，通过公式(1)计算低压气腔压力值p_g；

其中，A₁为低压气腔的通流面积，A₂为进油口的通流面积，p_d为隔膜压缩机的排气压力值，λ为油气压力比；控制压力控制阀的开度，使其阀后压力为低压气腔压力值。

本申请相比现有技术具有以下有益效果：

1、本申请通过低压气控制高压油的溢流压力，不采用膜片结构就可以实现液压油溢油压力与排气压力的随动，减小了系统的复杂性和故障率，同时排气压力转换为电信号对溢油压力进行控制，被压缩工质不会与油接触，避免了被压缩工质被油污染的风险，另外，由于压缩机组本身都会配备低压气源作为阀门控制气源，因此，无需额外设置气源或其他辅助动力装置。

2、本申请可以实现油气压力伴随，溢油压力随排气压力变化而变化，使油气压差始终保持在较低水平，即可以降低能耗又可增大膜片寿命。

3、本申请隔膜压缩机油气压伴随控制系统中的隔膜压缩机油气压伴随控制装置，通过低压气腔的压力来控制溢油压力，低压气腔可以起到气体弹簧的缓冲作用，由此，该装置中不再额外设置弹簧，结构更加简单。

4、本申请隔膜压缩机油气压伴随控制系统中的隔膜压缩机油气压伴随控制装置，在低压气腔与溢流腔之间设置隔离腔，当低压气腔或溢流腔意外泄漏时，泄漏的气或油可以及时从隔离腔排放口排出，不会造成低压气体或液压油污染。

5、本申请隔膜压缩机油气压伴随控制系统中的隔膜压缩机油气压伴随控制装置，阀杆分别与阀体和阀盖接触并设置密封圈密封，阀体和阀盖对阀杆起到导向作用，使阀杆在装置中上下动作时不会倾斜、卡滞。

6、本申请隔膜压缩机油气压伴随控制系统中的隔膜压缩机油气压伴随控制装置中无膜片结构、无易损部件、不需频繁更换部件，同时该结构相对膜片式随动阀故障率大大降低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例隔膜压缩机油气压伴随控制系统的结构示意图；

图2为本申请实施例隔膜压缩机油气压伴随控制系统中油气压伴随控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

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”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。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参照图1，本申请实施例提供了一种隔膜压缩机油气压伴随控制系统，包括控制单元1、油气压伴随控制装置2、压力变送器3、压力控制阀4和低压气源5。其中，油气压伴随控制装置2的溢流腔208的进油口和溢流口均与隔膜压缩机6的油缸连通，低压气腔204通过压力控制阀4与低压气源5连通，隔膜压缩机机组一般都配备有低压气体作为气动阀的驱动气源，该气体一般为压缩空气或氮气，而非被压缩介质。本申请实施例中的低压气源5即为隔膜压缩机6的驱动气源。由此，无需额外设置气源或其他辅助动力装置。压力变送器3设置在隔膜压缩机6的排气管路上，用于检测隔膜压缩机6的排气压力值，并转成电信号反馈给控制单元1。控制单元1与压力变送器3和压力控制阀4均电连接。

控制单元1为PLC，被配置为：

接收压力变送器3检测到的排气压力值。

根据排气压力值、低压气腔的通流面积和进油口的通流面积，通过公式(1)计算低压气腔压力值p_g。

其中，A₁为低压气腔的通流面积，A₂为进油口的通流面积，p_d为隔膜压缩机6的排气压力值，λ为油气压力比，一般取1.1～1.15。

控制压力控制阀4的开度，使其阀后压力为低压气腔压力值。

具体的，压力变送器3测得隔膜压缩机6的排气压力值并转成电信号反馈给PLC，通过PLC控制压力控制阀4的开度，以此控制通至油气压伴随控制装置2的低压气腔204内的气体压力，进而控制油气压伴随控制装置2的溢流压力，从而实现隔膜压缩机油压与排气压力随动。例如，需要控制溢流压力p_oil是排气压力的1.1～1.15倍时，由于：

因此，只需要控制通至油气压伴随控制装置低压气腔内的气体压力

即可。

参照图1和图2，在一些实施例中，油气压伴随控制装置2包括阀盖201与阀体202，阀盖201与阀体202相互扣合形成阀腔，阀腔内设有阀杆203，阀杆203的第一端与阀盖201之间形成低压气腔204。

阀体202内设有阀芯205，阀杆203的第二端与阀芯205之间通过设置在阀杆203的底部与进油口206的口部之间的密封体207密封。需要说明的是，密封体207可以为球形、锥体或其他形状，此处不做限制。阀腔的内壁、阀杆203和阀芯205共同围成溢流腔208，阀芯205内设有进油口206，溢流腔208的侧壁上设有溢流口209。进油口206与隔膜压缩机6的油缸的其中一个腔体连通，溢流口209与隔膜压缩机6的油缸的另一个腔体连通，且阀杆203的第一端的横截面积大于进油口206的通流面积。

具体的，阀体202的底部设置连接接头214，阀芯205被压紧在阀杆203与连接接头214之间，进油口206通过连接接头214与隔膜压缩机6的油缸连通。由此，相比现有技术中，本申请实施例中的油气压伴随控制装置2中不需要再额外设置弹簧，结构更加简单。

继续参照图2，在一些实施例中，阀杆203为两端小中间大的阶梯轴，阀杆203的中间段与阀体202之间密封连接，阀杆203的第一端、阀杆203的中间段和阀盖201共同围成隔离腔210。隔离腔210的侧壁上设有隔离腔排放口211。同时，阀杆203的第二端、阀杆203的中间段和阀体202共同围成溢流腔208。由此，当低压气腔204中的气体或溢流腔208中的液压油意外泄漏时，泄漏的气体或液压油可以及时从隔离腔排放口211排出，不会造成低压气体或液压油污染。

在一些实施例中，阀杆203的第一端上设置第一密封圈212，阀杆203的第一端与阀盖201之间通过第一密封圈212密封。阀杆203的中间段上设置第二密封圈213，阀杆203的中间段与阀体202之间通过第二密封圈213密封。阀体202和阀盖201对阀杆203起到导向作用，使阀杆203在装置中上下动作时不会倾斜、卡滞。

油气压伴随控制装置2工作时，低压气腔204内一直维持一定压力的低压气体，低压气体的压力通过阀杆203作用在密封体207上，将密封体207紧压在阀芯3上，密封体207的另一侧受溢油通道206中高压油的压力。阀杆203在低压气腔204中的受力面积比阀芯205中进油口206的截面积大，所以进油口206中的油需要更高的压力才能将密封体207顶开。当溢油通道206中的高压油压力高于溢油压力时，高压油顶开密封体207，高压油溢流到溢流腔208，并经由溢流口209流出，使高压油压力不会继续升高超过溢流压力。

另一方面，本申请的实施例还提供了一种隔膜压缩机油气压伴随控制方法，包括以下步骤：

接收压力变送器3检测到的排气压力值；

根据排气压力值、低压气腔204的通流面积和进油口的通流面积，通过公式(1)计算低压气腔204所需的压力值p_g；

其中，A₁为低压气腔204的通流面积，A₂为进油口206的通流面积，p_d为隔膜压缩机6的排气压力值，λ为油气压力比；控制压力控制阀4的开度，使其阀后压力为低压气腔204所需的压力值。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种隔膜压缩机油气压伴随控制系统，其特征在于，包括控制单元、油气压伴随控制装置、压力变送器、压力控制阀和低压气源；

所述油气压伴随控制装置包括低压气腔和溢流腔；所述低压气腔通过压力控制阀与所述低压气源连通；所述溢流腔的进油口和溢流口均与隔膜压缩机的油缸连通；所述低压气源为所述隔膜压缩机的阀门控制气源；所述压力变送器用于检测所述隔膜压缩机的排气压力值；

所述控制单元与所述压力变送器和所述压力控制阀均电连接；

所述控制单元被配置为：

接收所述压力变送器检测到的排气压力值；

根据排气压力值、低压气腔的通流面积和进油口的通流面积，通过公式(1)计算低压气腔压力值p_g；

其中，A₁为低压气腔的通流面积，A₂为进油口的通流面积，p_d为隔膜压缩机的排气压力值，λ为油气压力比；

控制压力控制阀的开度，使其阀后压力为低压气腔压力值。

2.根据权利要求1所述的隔膜压缩机油气压伴随控制系统，其特征在于，

所述油气压伴随控制装置包括阀盖与阀体，所述阀盖与所述阀体相互扣合形成阀腔；

所述阀腔内设有阀杆；所述阀杆的第一端与所述阀盖之间形成所述低压气腔，所述阀体内设有阀芯，所述阀杆的第二端与所述阀芯密封连接，且所述阀腔的内壁、所述阀杆和所述阀芯共同围成所述溢流腔，所述溢流腔的侧壁上设有溢流口，所述阀芯内设有进油口，所述溢流腔分别通过所述溢流口和所述进油口与所述隔膜压缩机的油缸连通，且所述阀杆的第一端的横截面积大于所述进油口的通流面积。

3.根据权利要求2所述的隔膜压缩机油气压伴随控制系统，其特征在于，所述阀杆为两端小中间大的阶梯轴，所述阀杆的中间段与所述阀腔的内壁之间密封连接，所述阀杆的第一端、所述阀杆的中间段和所述阀盖共同围成隔离腔；所述隔离腔的侧壁上设有隔离腔排放口；所述阀杆的第二端、所述阀杆的中间段和所述阀腔的内壁共同围成所述溢流腔。

4.根据权利要求2所述的隔膜压缩机油气压伴随控制系统，其特征在于，所述阀杆和所述阀芯之间通过密封体密封，所述密封体位于所述阀杆的底部与所述进油口的口部之间。

5.根据权利要求4所述的隔膜压缩机油气压伴随控制系统，其特征在于，所述密封体为球形或锥体。

6.根据权利要求2所述的隔膜压缩机油气压伴随控制系统，其特征在于，所述阀杆的第一端通过第一密封圈与所述阀盖滑动密封；所述阀杆的中间段通过第二密封圈与所述阀腔的内壁密封连接。

7.根据权利要求1～6任一所述的隔膜压缩机油气压伴随控制系统，其特征在于，所述控制单元为PLC。

8.一种隔膜压缩机油气压伴随控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收压力变送器检测到的排气压力值；

根据排气压力值、低压气腔的通流面积和进油口的通流面积，通过公式(1)计算低压气腔压力值p_g；

其中，A₁为低压气腔的通流面积，A₂为进油口的通流面积，p_d为隔膜压缩机的排气压力值，λ为油气压力比；

控制压力控制阀的开度，使其阀后压力为低压气腔压力值。

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