CN204300682U - 用于液压活塞式压缩机的管路控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于液压活塞式压缩机的管路及控制系统，包括上位机、控制器、执行单元和检测单元；执行单元和检测单元均安装在输气管路上；控制器的输入端与检测单元连接；控制器的输出端与执行单元连接；控制器与上位机双向连接。本实用新型在上位机中可观察输气管道中各执行元件，直观方便。减少了单个元件累计工作时间，降低故障率；减少耗能元件工作时间，降低设备平均能耗，提高压缩机效率；综合提高设备整机性能，降低用户生产成本和维护成本。
Description
技术领域
本实用新型属于天然气应用技术领域，特别是一种用于天然气加气站用液压活塞式压缩机的管路控制系统。
背景技术
随着天然气作为汽车燃料的广泛应用，各种形式的天然加气站用压缩机相继被研发出来。天然气压缩机的效率、整体稳定性、整机寿命成为压缩机厂家关注的技术热点。多数压缩机厂家通过对压缩机的机械结构，主要工艺元件以及辅助系统等硬件的优化来提高设备的整体性能，然而资源的不合理分配造成不必要的能耗和个别元件的提前老化，降低了整机的稳定性和效率。
实用新型内容
本实用新型要解决的是整机资源分配不合理造成的能源消耗高、个别元件的提前老化、整机的稳定性不好、效率不高和整机寿命短等技术问题。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种用于液压活塞式压缩机的管路控制系统，包括上位机、控制器、执行单元和检测单元；执行单元和检测单元均安装在输气管路上；控制器的输入端与检测单元连接；控制器的输出端与执行单元连接；控制器与上位机双向连接；所述执行单元包括压缩机构、冷却机构；所述压缩机构包括安装在输气管道上的压缩机组、双向电磁阀组、油泵组和阀门组；所述冷却机构包括安装在输气管道上的换热器组、风冷器、水泵和阀门组；所述检测单元包括安装在输气管道上的压力变送器和温度传感器，限位开关安装在压缩机组。检测单元将检测信号传递给控制器，控制器将信号处理后发送控制命令给执行单元，执行单元动作执行相应的指令。
所述压缩机组由一级压缩机和二级压缩机构成；所述换热器组由一级换热器和二级换热器构成；所述泵组由一级油泵、二级油泵和水泵构成。
所述输气管道为包括进气端，进气端与进气阀门的一端连接，进气阀门的另一端通过气管道与一级压缩机的进气口连接，一级压缩机的出气口与一级换热器的进气口连接，一级换热器的出气口与二级压缩机的进气口连接，二级压缩机的出气口与二级换热器的进气口连接，二级换热器的出气口通过气管道经高压充气阀门与高压储气罐连接，二级换热器的出气口通过气管道经中压充气阀门与中压储气罐连接；
在进气端口、高压储气罐的出口处、中压储气罐的出口处均安装有压力变送器；在二级换热器的出气口出安装有用于检测末端排气温度的温度传感器；一级压缩机、二级压缩机的上下两端分别安装有限位开关；
一级换热器、二级换热器的进水口均通过水管道与冷却水泵连接，冷却水泵与水箱连接；一级换热器、二级换热器的出水口均通过水管道与风冷器进水口连接，风冷器出水口与水箱连接；水箱内安装有温度传感器；
一级压缩机与二级压缩机的油管道相并联，一号油泵的一端与油箱连接，一号油泵的另一端通过油管道与一号换向电磁阀连接，一号换向电磁阀通过一级油管道与一级压缩机的进出油口连接；一号换向电磁阀通过过油管道与二号换向磁阀连接，二号换向电磁阀通过二级油管道与二级压缩机的进出油口连接；
二号油泵的一端与油箱连接，二号油泵的另一端通过油管道与二号换向电磁阀连接，二号换向电磁阀通过二级油管道和二级油管道与二级压缩机的进出油口连接；二号换向电磁阀经过过油管道与一号换向磁阀连接，一号换向电磁阀通过一级油管道与二级压缩机的进出油口连接；
一号换向电磁阀和二号换向电磁阀均通过管道与风冷器的进油口连接，风冷器的出油口经管道与油箱连接。
一号换向电磁阀和二号换向电磁阀之间的过油管道上安装有溢流阀，溢流阀的输出端与油箱连接。在启动油泵时，可先将一级压缩机和二级压缩机内残留的液压油通过溢流阀输送至油箱，便于油泵启动。
在风冷器的进油口与出油口之间安装有管道。在不启动风冷器时，液压油可通过风冷器进油口与出油口之间并联的管道直接输送至油箱。
在进气阀门之后的气管道上设有中压取气阀门，中压取气阀门经管道与中压储气罐连接。
所述风冷器内安装有两台风机，两台风机为双作用风机，在设备需要冷却时，两台风机作为冷却风机使用，当设备不需要冷却时随机选择一台风机作为排风使用，以避免其中一台风机长时间运行。
所述控制器为PLC控制器。
本实用新型中高压储气罐出口处、中压储气罐出口处和进气端口上安装的压力变送器将各自检测的信号传送至控制器PLC中，控制器将高压储气罐压力、中压储气罐压力和进气端压力进行计算分析获得启机条件。当高压储气罐压力或中压储气罐压力低于设定的启机压力时，开启高压充气阀门或中压充气阀门和进气阀门，在这个条件下，高压储气罐压力（中压储气罐压力）-低压储气压力=P0，当P0大于设定值PH时只打开进气阀门和高压充气阀门或中压充气阀门，仅通过进气压力对高压储气罐或中压储气罐平衡卸气；当P0小于设定值PL时启动油泵电机、压缩气缸组；安装在压缩气缸组上设置的限位开关将检测信号传送至控制器，控制器控制双向电磁阀动作选择压缩机的进出油管道。
在启动油泵电机和压缩气缸组的前提下，安装在二级换热器的出气口处的温度传感器和安装在水箱内的温度传感器将各自的检测信号传送给控制器，控制器将末端排气温度及冷却水温度与温度设定值进行比较分析获得启动冷却系统的启机条件。当末级排气温度高于启动温度设定值时启动一台轴流风机和冷却水泵。当冷却水温度低于停止温度设定值时停止冷却水泵并随机停止一台轴流风机；当冷却水温度高于停止温度设定值时，冷却水泵以及风机继续工作，直至冷却水温度低于停止温度设定值或者达到设定运行时间停止冷却水泵和一台轴流风机。
本实用新型在上位机中可观察输气管道中各执行元件，直观方便。减少了单个元件累计工作时间，降低故障率；减少耗能元件工作时间，降低设备平均能耗，提高压缩机效率；综合提高设备整机性能，降低用户生产成本和维护成本。
附图说明
图1为本实用新型的控制原理框图。
图2为本实用新型的输气管路的结构示意图。
图3为本实用新型的平衡卸气的控制流程图。
图4为本实用新型的冷却系统的控制流程图。
图5为本实用新型的油泵电机的控制流程图。
具体实施方式
实施例：如图1-5所示，一种用于液压活塞式压缩机的管路控制系统，包括上位机1、控制器2、执行单元3和检测单元4；执行单元3和检测单元4均安装在输气管路上。执行单元3包括压缩机构、冷却机构；压缩机构包括安装在输气管道上的压缩机组、双向电磁阀组、油泵组和阀门组；冷却机构包括安装在输气管道上的换热器组、风冷器、水泵和阀门组。检测单元4包括安装在输气管道上的压力变送器和温度传感器，限位开关安装在压缩机组。控制器2为PLC控制器，控制器的输入端与检测单元4连接；控制器2的输出端与执行单元3连接；控制器2与上位机1双向连接。检测单元4将检测信号传递给控制器2，控制器2将信号处理后发送给上位机1用于显示输气管道上的各设备的状态，控制器2发送控制命令给执行单元3，执行单元3动作执行相应的指令。
所述输气管道为包括进气端5，进气端5与进气阀门301的一端连接，进气阀门301的另一端通过气管道与一级压缩机Ⅰ1的进气口连接，一级压缩机Ⅰ1的出气口与一级换热器Ⅰ10的进气口连接，一级换热器Ⅰ10的出气口与二级压缩机Ⅱ2的进气口连接，二级压缩机Ⅱ2的出气口与二级换热器Ⅱ20的进气口连接，二级换热器Ⅱ20的出气口通过气管道经高压充气阀门302与高压储气罐6连接，二级换热器Ⅱ20的出气口通过气管道经中压充气阀门303与中压储气罐7连接。
在进气端5端口、高压储气罐6的出口处、中压储气罐7的出口处均安装有压力变送器8；在二级换热器Ⅱ20的出气口出安装有用于检测末端排气温度的温度传感器9；一级压缩机Ⅰ1的上、下两端均安装有限位开关10。二级压缩机Ⅱ2的上下两端均安装有限位开关10。
一级换热器Ⅰ10、二级换热器Ⅱ20的进水口均通过水管道与冷却水泵11连接，冷却水泵11与水箱12连接；一级换热器Ⅰ10、二级换热器Ⅱ20的出水口均通过水管道与风冷器13进水口连接，风冷器13出水口与水箱12连接；水箱12内安装有温度传感器9。
一级压缩机Ⅰ1与二级压缩机Ⅱ2的油管道相并联，一号油泵401的一端与油箱403连接，一号油泵401的另一端通过油管道与一号换向电磁阀501连接，一号换向电磁阀501通过一级油管道与一级压缩机Ⅰ1的进出油口连接；一号换向电磁阀501通过过油管道与二号换向磁阀502连接，二号换向电磁阀502通过二级油管道与二级压缩机Ⅱ2的进出油口连接。
二号油泵402的一端与油箱403连接，二号油泵402的另一端通过油管道与二号换向电磁阀502连接，二号换向电磁阀502通过二级油管道与二级压缩机Ⅱ2的进出油口连接；二号换向电磁阀502经过过油管道与一号换向磁阀501连接，一号换向电磁阀501通过一级油管道与一级压缩机Ⅰ1的进出油口连接。
一号换向电磁阀501和二号换向电磁阀502均通过管道与风冷器13的进油口连接，风冷器13的出油口经管道与油箱403连接。
一号换向电磁阀501和二号换向电磁阀502之间的过油管道上安装有溢流阀503，溢流阀503的输出端与油箱403连接。在启动油泵时，可先将一级压缩机Ⅰ1和二级压缩机Ⅱ2内残留的液压油通过溢流阀503输送至油箱403，便于油泵启动。
在风冷器13的进油口与出油口之间安装有管道，管道上安装有阀门14。在不启动风冷器时，液压油可通过风冷器进油口与出油口之间并联的管道直接输送至油箱。
在进气阀门301之后的气管道上设有中压取气阀门304，中压取气阀门304经管道与中压储气罐7连接。
所述风冷器13内安装有两台风机15，两台风机为双作用风机，在设备需要冷却时，两台风机作为冷却风机使用，当设备不需要冷却时随机选择一台风机作为排风使用，以避免其中一台风机长时间运行。
工作过程：高压储气罐6出口处的压力变送器8、中压储气罐7出口处的压力变送器8和进气端5端口处的压力变送器8将检测的压力信号传送至控制器2，控制器将检测信号计算分析，设定值PH、设定值PL分别为启动油泵、压缩机组的上下限值，令高压储气罐压力（中压储气罐压力）-低压储气压力= P0，当P0大于设定值PH时，只打开进气阀门301和高压充气阀门302或中压充气阀门303，仅通过进气压力对高压储气罐或中压储气罐平衡卸气。并时刻判断P0是否小于设定值PL，若P0不小于设定值PL，则继续平衡卸气；若P0小于设定值PL时进入打压储气阶段。
当P0不大于设定值PH时，进入打压储气阶段。
进入打压储气阶段时，控制器2将接收到的高压储气罐6出口处的压力变送器8、中压储气罐7出口处的压力变送器8和进气端5端口的压力变送器8传送的检测信号分别与各自的压力设定值进行比较；当进气端端端口压力大于进气端启动设定值且高压储气罐出口处压力值小于高压启动设定值或进气端端口压力大于进气端启动设定值且中压储气罐出口处压力值小于中压启动设定值则准备启动油泵，根据标志值判断否为首次启机，若是则启动并标志一号油泵电机401，将进气端端口压力值与进气端设定值比较，若进气端端口压力值小于进气端设定值，则启动二号油泵。
若不是首次启机，则判断是否标志了一号油泵401，若没有则启动并标记一号油泵401，再判断进气端端口压力是否小于进气端设定值，若进气端端口压力值小于进气端设定值，则启动二号油泵402。
若已经标志一号油泵则启动并标志二号油泵，再将进气端端口压力值与进气端设定值进行比较，若进气端端口压力值小于进气端设定值，则启动一号油泵。
当进气端压力值小于进气端停止设定值或高压储气罐出口处的压力值大于高压停止设定值或中压储气罐出口处的压力值大于中压停止设定值，则停止两台油泵。
当启动一号油泵时，一号双向电磁阀 501左侧管道通，液压油从一级油管道的下端管道为一级压缩机Ⅰ1的进油管道，一级油管道的上端管道为一级压缩机的出油管道；一号双向电磁阀501通过过油管道与二号双向电磁阀502连通，二号双向电磁阀左侧管道通，二级油管道的下端管道为二级压缩机Ⅱ2的进油管道，二级油管道的上端管道为二级压缩机的出油管道；一号油泵401将液压油从油箱403内输送至一级压缩机和二级压缩机。
一级压缩机和二级压缩机的气缸均向下运动，当碰到各自下端的限位开关10时，控制器2控制一号双向电磁阀501的左侧管道和二号双向电磁阀502的左侧管道关闭，一号双向电磁阀的右侧管道和二号双向电磁阀的右侧管道通；此时一级油管道的上端管道为一级压缩机的进油管道，一级油管道的下端管道为一级压缩机的出油管道。二级油管道的上端管道为二级压缩机的进油管道，二级油管道的下端管道为二级压缩机的出油管道。一号油泵将液压油从油箱内输送至一级压缩机和二级压缩机。一级压缩机和二级压缩机的气缸均向上运动，当碰到各自上端的限位开关时，控制器控制一号双向电磁阀的右侧管道和二号双向电磁阀的右侧管道关闭，一号双向电磁阀的左侧管道和二号双向电磁阀的左侧管道通。
控制器2在限位开关10的作用下控制双向电磁阀进而控制一级压缩机和二级压缩机的进出油管道，从而控制一级压缩机和二级压缩机的运动方向。开启二号油泵和同时开启一号油泵、二号油泵的控制方式与开启一号油泵的控制方式相同。
一级压缩机Ⅰ1和二级压缩机Ⅱ2内工作后的液压油通过管道经风冷器13进油口输送至风冷器内进行降温，降温后的液压油经管道输送至油箱内。
控制器2随机启动一台风机，在打压储气过程中，二级换热器Ⅱ20后端管道上安装的温度传感器9和水箱12内安装的温度传感器9将各自的检测信号传送至控制器，控制器判断末端排气温度T3是否高于启动风机温度设定值T0，若末端排气温度T3高于启动风机温度设定值T0，则启动另一风机和冷却水泵11；当进气端压力值小于进气端停止设定值或高压储气罐出口处的压力值大于高压停止设定值或中压储气罐出口处的压力值大于中压停止设定值，控制器判断冷却水温度T4是否大于停机温度设定值T1，若冷却水温度T4不大于停机温度设定值T1，则控制器随机停止一台风机和冷却水泵。当冷却水温度大于停机温度设定值时，在运行时间t1不超过时间设定值t0的条件下，风机和冷却水泵继续工作直至冷却水温度低于停机温度设定值或运行时间大于时间设定值，则随机停止一台风机和冷却水泵。
在启动冷却水泵的条件下，冷却水泵将水箱内的冷却水经水管道分别传送至一级换热器和二级换热器内对天然气进行降温，工作后的冷却水通过水管道经风冷器的进水口输送至风冷器内进行降温，降温后的冷却水经风冷器出水口传送至水箱内。
本实用新型通过PLC控制器通过检测单元的检测信号发送相应的命令给执行单元，通过调整风机、泵组、阀门组等的工作时间和工作顺序以及设定启动条件等来缩短单个设备元件的累计工作时间，从而提高整机寿命，减少故障率，同时降低设备平均能耗。并且在上位机中还可直观的观察到输气管道中各设备的状态变化。
Claims (8)
1.一种用于液压活塞式压缩机的管路控制系统，其特征在于：包括上位机、控制器、执行单元和检测单元；执行单元和检测单元均安装在输气管路上；控制器的输入端与检测单元连接；控制器的输出端与执行单元连接；控制器与上位机双向连接；所述执行单元包括压缩机构、冷却机构；所述压缩机构包括安装在输气管道上的压缩机组、双向电磁阀组、油泵组和阀门组；所述冷却机构包括安装在输气管道上的换热器组、风冷器、水泵和阀门组；所述检测单元包括安装在输气管道上的压力变送器和温度传感器，限位开关安装在压缩机组。
2.根据权利要求1所述的用于液压活塞式压缩机的管路控制系统，其特征在于：所述压缩机组由一级压缩机和二级压缩机构成；所述换热器组由一级换热器和二级换热器构成；所述油泵组由一级油泵和二级油泵构成。
3.根据权利要求2所述的用于液压活塞式压缩机的管路控制系统，其特征在于：所述输气管道为包括进气端，进气端与进气阀门的一端连接，进气阀门的另一端通过气管道与一级压缩机的进气口连接，一级压缩机的出气口与一级换热器的进气口连接，一级换热器的出气口与二级压缩机的进气口连接，二级压缩机的出气口与二级换热器的进气口连接，二级换热器的出气口通过气管道经高压充气阀门与高压储气罐连接，二级换热器的出气口通过气管道经中压充气阀门与中压储气罐连接；
在进气端口、高压储气罐的出口处、中压储气罐的出口处均安装有压力变送器；在二级换热器的出气口出安装有用于检测末端排气温度的温度传感器；一级压缩机、二级压缩机的上下两端分别安装有限位开关；
一级换热器、二级换热器的进水口均通过水管道与冷却水泵连接，冷却水泵与水箱连接；一级换热器、二级换热器的出水口均通过水管道与风冷器进水口连接，风冷器出水口与水箱连接；水箱内安装有温度传感器；
一级压缩机与二级压缩机的油管道相并联，一号油泵的一端与油箱连接，一号油泵的另一端通过油管道与一号换向电磁阀连接，一号换向电磁阀通过一级油管道与一级压缩机的进出油口连接；一号换向电磁阀通过过油管道与二号换向磁阀连接，二号换向电磁阀通过二级油管道与二级压缩机的进出油口连接；
二号油泵的一端与油箱连接，二号油泵的另一端通过油管道与二号换向电磁阀连接，二号换向电磁阀通过二级油管道和二级油管道与二级压缩机的进出油口连接；二号换向电磁阀经过过油管道与一号换向磁阀连接，一号换向电磁阀通过一级油管道与二级压缩机的进出油口连接；
一号换向电磁阀和二号换向电磁阀均通过管道与风冷器的进油口连接，风冷器的出油口经管道与油箱连接。
4.根据权利要求3所述的用于液压活塞式压缩机的管路控制系统，其特征在于：一号换向电磁阀和二号换向电磁阀之间的过油管道上安装有溢流阀，溢流阀的输出端与油箱连接。
5.根据权利要求3所述的用于液压活塞式压缩机的管路控制系统，其特征在于：在风冷器的进油口与出油口之间安装有管道。
6.根据权利要求3所述的用于液压活塞式压缩机的管路控制系统，其特征在于：在进气阀门之后的气管道上设有中压取气阀门，中压取气阀门经管道与中压储气罐连接。
7.根据权利要求1所述的用于液压活塞式压缩机的管路控制系统，其特征在于：所述风冷器内安装有两台风机。
8.根据权利要求1所述的用于液压活塞式压缩机的管路控制系统，其特征在于：所述控制器为PLC控制器。
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Cited By (2)
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