CN117738877A - 一种离子液体压缩机自由活塞下止点的运动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种离子液体压缩机自由活塞下止点的运动控制系统。该系统包括压缩机进气阀，压缩机排气阀，压缩机气缸上端盖，压缩机气缸，离子液体活塞，自由活塞，压缩机油缸，溢油油路溢流阀，径向柱塞泵柱塞，径向柱塞泵油缸，补油泵，单向阀，补油油路电磁溢流阀，补油油路电磁节流阀，控制器，活塞加速度传感器，活塞位移传感器，活塞速度传感器，隔离腔泄漏孔，压缩机低压隔离腔。本发明的方案有利于使自由活塞保持较高的容积效率的同时避免撞缸，提高了离子液体压缩机的工作效率，降低离子液体压缩机的故障率。

Description

一种离子液体压缩机自由活塞下止点的运动控制系统

技术领域

本发明实施例涉及离子液体压缩机技术领域，尤其涉及一种离子液体压缩机自由活塞下止点的运动控制系统。

背景技术

离子液体压缩机是一种新型的加氢站压缩机，它采用液压驱动的自由活塞和充注在氢气和自由活塞之间的离子液体代替传统往复式压缩机中的曲柄连杆机构，大大减小了动部件的数量和整机的体积，在氢能产业链中扮演着十分重要的角色。

但自由活塞的运动控制成为一个新的问题。当自由活塞运动到止点位置时，如果没有合适的减速和控制方法，自由活塞便会发生撞击，在长期的运行中会对压缩机产生非常大的损坏。而当自由活塞在下止点减速过度则会降低压缩机的容积效率。同时，自由活塞的运动对气缸内液体活塞的液面变形影响也非常大，如果活塞出现撞击或加速度过大，液面会出现非常剧烈的振荡，导致过量的离子液体排出气缸，需要耗费额外的功来进行补液，降低了整机的效率。此外，当自由活塞运动到下止点附近时，离子液体压缩机中的补油系统对液压系统进行补油，这一过程会影响到自由活塞在下止点的运动状态。

因此，如何实现对自由活塞运动的控制成为亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种离子液体压缩机自由活塞下止点的运动控制系统，以至少部分解决上述问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种离子液体压缩机自由活塞下止点的运动控制系统，包括压缩机气缸4，压缩机气缸4的顶部设有压缩机气缸上端盖3；压缩机气缸上端盖3上设有压缩机进气阀1及压缩机排气阀2；压缩机气缸4的内腔设有离子液体活塞5，自由活塞6设于离子液体活塞5的底部；压缩机气缸4的底部设有压缩机低压隔离腔20；压缩机油缸7设于压缩机低压隔离腔20的底部且压缩机油缸7的内腔与压缩机气缸4的内腔连通；径向柱塞泵油缸10的内腔设有径向柱塞泵柱塞9；溢油油路溢流阀8、径向柱塞泵油缸10、补油油路电磁溢流阀13、补油油路电磁节流阀14与压缩机油缸7的底部空隙之间互相连通；单向阀12与补油泵11、油油路电磁溢流阀13、补油油路电磁节流阀14连通；控制器15分别连接补油油路电磁溢流阀13、补油油路电磁节流阀14、活塞加速度传感器16、活塞位移传感器17及活塞速度传感器18。

在一种实现方式中，活塞加速度传感器16、活塞位移传感器17及活塞速度传感器18设置在压缩机低压隔离腔20内。

在另一种实现方式中，压缩机低压隔离腔20通过隔离腔泄漏孔19与大气连通，以保证压缩机低压隔离腔20内的压力始终等于大气压。

在另一种实现方式中，通过设置于压缩机低压隔离腔20内的活塞位移传感器17和活塞速度传感器18测量自由活塞6的实际位移和实际速度；在控制器15内对自由活塞6的实际位移和实际速度与设计值进行分析判断，当自由活塞6的实际下止点小于设计值时，控制器15将反馈信号给补油油路电磁溢流阀13，调小补油油路电磁溢流阀13的溢流压力，推迟自由活塞6的减速过程；当自由活塞6到达设计值的下止点位置但速度不为零时，控制器15将反馈信号给补油油路电磁溢流阀13，调大补油油路电磁溢流阀13的溢流压力，使自由活塞6提前减速。

在另一种实现方式中，通过设置于压缩机低压隔离腔20内的活塞加速度传感器16测量自由活塞6在减速过程中的加速度；将加速度与设计值对比，当实际加速度大于设计值时，控制器15将反馈信号传输给补油油路电磁节流阀14，调小补油油路电磁节流阀14的开度，使自由活塞6速度稳定，以减少离子液体活塞5的液面波动。

在另一种实现方式中，活塞加速度传感器16、活塞位移传感器17及活塞速度传感器18采用常温常压的传感器。

在另一种实现方式中，自由活塞6伸入压缩机气缸4部分的底部设有一个圆形间隙，圆形间隙的直径小于压缩机气缸4的直径，活塞加速度传感器16、活塞位移传感器17及活塞速度传感器18分布在圆形间隙的范围内。

相对于现有技术，本发明方案的有益效果为：

(1)该发明方案通过调节溢流压力实现自由活塞下止点位置的控制，从而避免了在下止点撞缸造成机械损伤，有利于增加离子液体压缩机的工作寿命；又避免了实际下止点距离设计值过大导致的压缩机容积效率过低，提高了离子液体压缩机的容积效率。

(2)该发明方案通过调节溢流流量使液体活塞液面在溢流过程中保持平稳，防止液面波动剧烈导致排气时大量离子液体从排气阀排出，减少了补充离子液体所产生的额外的功耗。

(3)该发明方案通过电磁溢流阀和电磁节流阀来实现对自由活塞下止点的精准控制，不必对电机进行调节，简单易实现。

(4)该发明方案通过在低压隔离腔内放置传感器，避免了对传感器耐高温耐高压的要求，也避免了气体的泄露问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的离子液体压缩机自由活塞下止点的运动控制系统的系统结构图；

图2为本发明一个实施例的离子液体压缩机自由活塞下止点的运动控制系统的工作过程示意图；

图3为本发明另一个实施例的离子液体压缩机自由活塞下止点的运动控制系统的工作过程示意图。

附图标记列表：

1：压缩机进气阀；2：压缩机排气阀；3：压缩机气缸上端盖；4：压缩机气缸；5：离子液体活塞；6：自由活塞；7：压缩机油缸；8：溢油油路溢流阀；9：径向柱塞泵柱塞；10：径向柱塞泵油缸；11：补油泵；12：单向阀；13：补油油路电磁溢流阀；14：补油油路电磁节流阀；15：控制器；16：活塞加速度传感器；17：活塞位移传感器；18：活塞速度传感器；19：隔离腔泄漏孔；20：压缩机低压隔离腔。

具体实施方式

为了对本发明实施例的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明实施例的具体实施方式。

在本文中，“示例性地”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示例性地”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，为使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个或多个，或仅标示出了其中的一个或多个。

为了使本领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。

下面结合本发明实施例附图进一步说明本发明实施例具体实现。

参见图1为本发明一个实施例的离子液体压缩机自由活塞下止点的运动控制系统的系统结构图，主要包括：

压缩机气缸4，压缩机气缸4的顶部设有压缩机气缸上端盖3；压缩机气缸上端盖3上设有压缩机进气阀1及压缩机排气阀2；压缩机气缸4的内腔设有离子液体活塞5，自由活塞6设于离子液体活塞5的底部；压缩机气缸4的底部设有压缩机低压隔离腔20；压缩机油缸7设于压缩机低压隔离腔20的底部且压缩机油缸7的内腔与压缩机气缸4的内腔连通；径向柱塞泵油缸10的内腔设有径向柱塞泵柱塞9；溢油油路溢流阀8、径向柱塞泵油缸10、补油油路电磁溢流阀13、补油油路电磁节流阀14与压缩机油缸7的底部空隙之间互相连通；单向阀12与补油泵11、补油油路电磁溢流阀13、补油油路电磁节流阀14连通；控制器15分别连接补油油路电磁溢流阀13、补油油路电磁节流阀14、活塞加速度传感器16、活塞位移传感器17及活塞速度传感器18。

在一种实现方式中，活塞加速度传感器16、活塞位移传感器17及活塞速度传感器18设置在压缩机低压隔离腔20内。

在另一种实现方式中，压缩机低压隔离腔20通过隔离腔泄漏孔19与大气连通，以保证压缩机低压隔离腔20内的压力始终等于大气压。

应理解的是，压缩机低压隔离腔20通过隔离腔泄漏孔19与大气连通，因此，压力远低于压缩机气缸4和压缩机油缸7。

在另一种实现方式中，通过设置于压缩机低压隔离腔20内的活塞位移传感器17和活塞速度传感器18测量自由活塞6的实际位移和实际速度；在控制器15内对自由活塞6的实际位移和实际速度与设计值进行分析判断，当自由活塞6的实际下止点小于设计值时，控制器15将反馈信号给补油油路电磁溢流阀13，调小补油油路电磁溢流阀13的溢流压力，推迟自由活塞6的减速过程；当自由活塞6到达设计值的下止点位置但速度不为零时，控制器15将反馈信号给补油油路电磁溢流阀13，调大补油油路电磁溢流阀13的溢流压力，使自由活塞6提前减速。

在另一种实现方式中，通过设置于压缩机低压隔离腔20内的活塞加速度传感器16测量自由活塞6在减速过程中的加速度；将加速度与设计值对比，当实际加速度大于设计值时，控制器15将反馈信号传输给补油油路电磁节流阀14，调小补油油路电磁节流阀14的开度，使自由活塞6速度稳定，以减少离子液体活塞5的液面波动。

示例性地，参见图2，活塞位移传感器17和活塞速度传感器18测量自由活塞6的实际位移和实际速度，把采集到的信号在控制器15中分析处理，判断自由活塞6是否到达下止点，具体判断方法为：

当自由活塞6速度为0时，如果自由活塞6位移小于设计下止点时，说明减速过早，补油油路溢流压力过大，下一周期需要调小溢流压力，推迟自由活塞6的减速；

如果自由活塞6位移等于设计下止点位置，但自由活塞6的速度还不为0，说明减速过晚，补油油路溢流压力过小，下一周期需要调大溢流压力，使自由活塞6提前减速；

将判断结果和偏差值以电信号的形式传输给补油油路电磁溢流阀13，改变补油油路电磁溢流阀13的电磁力来调节溢流压力，通过不断的修正最终实现对自由活塞6在下止点位置的控制。

进一步地，参见图3，通过活塞加速度传感器16监测自由活塞6在减速过程中速度的变化，当速度突变大于设计值时，控制器15将信号传输给补油油路电磁节流阀14来改变补油油路电磁节流阀14的开度，以此来调节自由活塞6的速度变化，保证自由活塞6运动的平稳，进而维持离子液体活塞5的液面稳定。通过补油油路电磁溢流阀13和补油油路电磁节流阀14这两个电磁阀的调节即可实现对自由活塞6在下止点处的运动控制。

在另一种实现方式中，活塞加速度传感器16、活塞位移传感器17及活塞速度传感器18采用常温常压的传感器。

应理解的是，活塞加速度传感器16、活塞位移传感器17和活塞速度传感器18位于压缩机低压隔离腔20内，而压缩机低压隔离腔20通过隔离腔泄漏孔19与大气连通，其内部压力远小于压缩机气缸4和压缩机油缸7的压力，因此，不需要对放置在其中的三个传感器有耐压和耐温的要求，常温常压的传感器即可满足。同时，在压缩机低压隔离腔20设置传感器，避免了在气缸内打孔，消除了气缸泄露的问题。

在另一种实现方式中，自由活塞6伸入压缩机气缸4部分的底部设有一个圆形间隙，圆形间隙的直径小于压缩机气缸4的直径，活塞加速度传感器16、活塞位移传感器17及活塞速度传感器18分布在圆形间隙的范围内。

应理解的是，活塞位移传感器17、活塞加速度传感器16和活塞速度传感器18刚好分布在圆形间隙的范围内，当自由活塞与气缸底部发生碰撞时，三个传感器不会被损坏，保证了三个传感器的安全工作。

本发明通过监测自由活塞的位移和速度，改变补油油路电磁溢油阀的电磁力来调节补油过程中的补油压力，实现对活塞下止点位置的反馈控制；同时监测自由活塞的加速度，通过改变补油油路电磁节流阀的开度来调节补油流量，降低自由活塞速度的突变，减少液体活塞液面的波动。该方案不需要调节补油泵和电机，简单易实现，有利于使自由活塞保持较高的容积效率的同时避免撞缸，提高了离子液体压缩机的工作效率，降低离子液体压缩机的故障率，延长其寿命。

至此，已经对本发明的特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作可以按照不同的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序，以实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理可以是有利的。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件或名称，而不能理解为指示或暗示顺序关系、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至少一个该特征。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

需要说明的是，虽然结合附图对本发明的具体实施例进行了详细地描述，但不应理解为对本发明的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属于本发明的保护范围。

本发明实施例的示例旨在简明地说明本发明实施例的技术特点，使得本领域技术人员能够直观了解本发明实施例的技术特点，并不作为本发明实施例的不当限定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种离子液体压缩机自由活塞下止点的运动控制系统，其特征在于，包括：

压缩机气缸(4)，压缩机气缸(4)的顶部设有压缩机气缸上端盖(3)；压缩机气缸上端盖(3)上设有压缩机进气阀(1)及压缩机排气阀(2)；压缩机气缸(4)的内腔设有离子液体活塞(5)，自由活塞(6)设于离子液体活塞(5)的底部；压缩机气缸(4)的底部设有压缩机低压隔离腔(20)；压缩机油缸(7)设于压缩机低压隔离腔(20)的底部且压缩机油缸(7)的内腔与压缩机气缸(4)的内腔连通；径向柱塞泵油缸(10)的内腔设有径向柱塞泵柱塞(9)；溢油油路溢流阀(8)、径向柱塞泵油缸(10)、补油油路电磁溢流阀(13)、补油油路电磁节流阀(14)与压缩机油缸(7)的底部空隙之间互相连通；单向阀12与补油泵(11)、补油油路电磁溢流阀(13)、补油油路电磁节流阀(14)连通；控制器(15)分别连接补油油路电磁溢流阀(13)、补油油路电磁节流阀(14)、活塞加速度传感器(16)、活塞位移传感器(17)及活塞速度传感器(18)。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，活塞加速度传感器(16)、活塞位移传感器(17)及活塞速度传感器(18)设置在压缩机低压隔离腔(20)内。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，压缩机低压隔离腔(20)通过隔离腔泄漏孔(19)与大气连通，以保证压缩机低压隔离腔(20)内的压力始终等于大气压。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，包括：

通过设置于压缩机低压隔离腔(20)内的活塞位移传感器(17)和活塞速度传感器(18)测量自由活塞(6)的实际位移和实际速度；

在控制器(15)内对自由活塞(6)的实际位移和实际速度与设计值进行分析判断，当自由活塞(6)的实际下止点小于设计值时，控制器(15)将反馈信号给补油油路电磁溢流阀(13)，调小补油油路电磁溢流阀(13)的溢流压力，推迟自由活塞(6)的减速过程；

当自由活塞(6)到达设计值的下止点位置但速度不为零时，控制器(15)将反馈信号给补油油路电磁溢流阀(13)，调大补油油路电磁溢流阀(13)的溢流压力，使自由活塞(6)提前减速。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，包括：

通过设置于压缩机低压隔离腔(20)内的活塞加速度传感器(16)测量自由活塞(6)在减速过程中的加速度；

将加速度与设计值对比，当实际加速度大于设计值时，控制器(15)将反馈信号传输给补油油路电磁节流阀(14)，调小补油油路电磁节流阀(14)的开度，使自由活塞(6)速度稳定，以减少离子液体活塞(5)的液面波动。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，活塞加速度传感器(16)、活塞位移传感器(17)及活塞速度传感器(18)采用常温常压的传感器。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，自由活塞(6)伸入压缩机气缸(4)部分的底部设有圆形间隙，圆形间隙的直径小于压缩机气缸(4)的直径，活塞加速度传感器(16)、活塞位移传感器(17)及活塞速度传感器(18)分布在圆形间隙的范围内。