一种往复式压缩机排气量调节方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种往复式压缩机无级气量调节方法，达到了机组经济运行的目的。为了克服旁路回流调节、变余隙容积调节、压开进气阀调节等压缩机排气量调节方法的各种技术缺点，本发明专利技术基于顶开进气阀调节气量的基本原理，采用全周期变力值加载控制往复式压缩机气量，实现气量0～100％满量程无级调节，节能效果明显，结构简单，无需高频快速响应阀，不造成阀片磨损，基本适用于所有转速机组，适用范围广；本发明专利技术的一个关键点在于液压调压回路的设计和变负荷下液压强制卸荷力的计算。

Method and device for regulating displacement of reciprocating compressor

The invention relates to a stepless gas regulation method of reciprocating compressor, which achieves the purpose of economic operation of the unit. In order to overcome the bypass flow regulator, clearance volume adjustment, pressure inlet valve adjustment of compressor exhaust quantity adjusting method of various technical shortcomings, the basic principle of pressing off inlet valve adjust volume based on the cycle variable load force control of reciprocating compressor, the volume 0 to 100% full range stepless regulation, energy saving the effect is obvious, has the advantages of simple structure, fast response valve without high frequency, does not cause the valve wear, basically applies to all speed unit, wide application range; a key point of the invention lies in the calculation of the hydraulic pressure regulating circuit design and variable load unload force of hydraulic force.

【技术实现步骤摘要】
一种往复式压缩机排气量调节方法与装置
本专利技术涉及一种往复式压缩机排气量调节方法与装置，实现了往复压缩机排气流量的无级调节，达到了机组经济运行的目的。
技术介绍
往复式压缩机作为一种容积式压缩机，压缩机作为工业技术装备中的关键设备，广泛应用于石油、化工、炼油、采气、注气、输气等领域。往复压缩机在许多特定的领域中，都需要进行气量调节和灵活控制，如进气量不足、排气需求降低等，实现优化节能运行和联机运行。如何使机组运行于生产需要的负荷是企业都要面对的问题，处理不好则会使机组处于低效运行状态，机组工况改变、大量能源被浪费。目前调节压缩机排气量的方法有：旁路回流调节、变余隙容积调节、压开进气阀调节、变转速调节。旁路回流调节方式是将经过压缩的高压级气体通过旁路管道引到低压机入口进行调节，调节方式简单灵活、安全可靠、操作方便，是常规的气量调控方法，广泛应用于各类往复压缩机。但在该调节方式下压缩机始终处于满载工况运行，多余的气体由高压级回流至低压级被反复压缩，造成了大量的能量浪费。为了实现往复机组排气量可调，实现机组的节能经济运行，CN100434695C公开了一种往复式压缩机余隙调节方法，该方法在往复式压缩机的装配过程中，通过十字头与活塞杆连接处的调整环之间形成的密封腔的轴向尺寸的改变，调整处于止点位置时活塞与气缸盖壁面间的间隙，从而达到调节往复式压缩机余隙的目的。CN103291596A公开了一种基于余隙调节的压缩机流量调节系统，利用执行电机控制调节气缸容积变化，改变压缩机气缸余隙容积大小，实现压缩机流量调节。武汉理工大学提出了活塞往复式压缩机余隙调节装置(CN201225264Y)，通过液压动力系统及控制系统调节余隙缸容积实现压缩机排气量的调节。但采用调节余隙调节气量通常只能在盖侧缸加装调节装置单侧气量，并且人为增大余隙容积会导致部分气体在气缸中反复压缩膨胀无法排出，导致气体温度大幅度升高；另外多级压缩机每级都采用余隙调节方式会使压缩机方向角减小，会对压缩机造成不利影响。压开进气阀调节通过在工作过程中顶开进气阀实现无级调节排气量，能够最大限度的降低耗能，调节效果最优，是目前研究及应用较多的一种调节方式。CN101173658B中公开了一种通过压缩机加载循环与空载循环间隔分布调节机组排气量的方法；CN103047123B通过设定参数K及系统响应时间间歇性顶开进气阀调节气体流量。这两种调节方法均为全行程顶开进气阀调节，即在卸载周期中整个周期全程顶开进气阀，加载周期中进气阀正常开闭。该调节方式调节精度与加载和卸载的总周期数相关，通过加大总周期数来增大负荷调节精度，要实现1％的气量负荷精度需要总周期数增至100，增大了调控时间不利于压力调节。另外一种压开进气阀调节的方式是在每个压缩机工作行程的特定时间压开进气阀，保持进气阀开启直至设定活塞位置时撤销强制力，进气阀自动关闭，在原工作循环中增加了一个缸内气体回流至进气腔的过程，每个工作行程汇总多余的气体回流只压缩所需要气量的气体。基于该调节方式的调节装置已有所公示：美国专利US5833209及US7331767中公开的调节装置通过高频快速响应开关阀打开或切断液压动力回路，控制进气阀顶开机构动作，实现压缩机每周期排气量的调节。该调节装置调节精度高，节能效果明显，但需要关键核心部件液压开关阀高频切换、快速响应，一年的开关次数高达上亿次，对阀的性能疲劳寿命要求极高；中国专利CN103244399B通过脉冲信号控制电磁阀驱动压缩机盖侧和轴侧进气阀的强制开启时间来实现压缩机周期气量调节，调节装置中同样需要关键的高频动作电磁阀；CN102937084A中采用由执行电机驱动吸气阀压杆轴向移动，吸气阀压杆的前端通过压叉控制控制吸气阀阀片位置，使吸气阀按照控制要求延时关闭，实现压缩机气量的自动无级调节，该方法在实际操作中存在较大难度且不能有效的实时调整气量；专利CN1987098A中公开的装置采用步进电机带动旋转液压分配器产生液压动力脉冲，驱动顶开机构动作，但其整套装置结构复杂，维护使用不方便。另外，中国专利CN102220958A公开了一种调节装置，通过步进电机带动旋转阀片转动，阀片扇面转动至阀座扇形流道位置时气阀关闭，阀片扇形转动至阀座扇形流道位置时气阀开启。该调节方法及装置很容易造成阀片的磨损，使得阀片寿命大幅度降低。
技术实现思路
为了克服上述技术的缺点，本专利技术基于顶开进气阀调节气量的基本原理，提供了一种往复式压缩机无级气量调节方法与系统，实现气量0～100％满量程无级调节，节能效果明显，结构简单，无需高频快速响应阀，不造成阀片磨损，基本适用于所有转速机组，适用范围广。全周期变力值加载控制的往复式压缩机无级气量调节的实现：1)本方法需要依靠一套调节系统，包括加装在吸气阀上的卸荷机构、液压动力单元、信号采集变送单元、驱动控制器；2)液压动力单元由液压柱塞缸、液压力控制阀、油泵、隔膜蓄能器、液压力变送器组成，实现快速升压—稳定保压—精确调压功能；信号采集变送单元由气体压力变送器、温度压力变送器、安全栅，前置器等组成，实现活塞位移信号采集、气体压力信号采集、液压缸温度信号采集、液压力信号采集等；驱动控制器将上位机系统输送过来的气体流量负荷信号转化为每级卸荷机构的加载力，最终转化为电流信号输出到液压力控制阀；3)全周期变力值加载控制的往复式压缩机无级气量调节方法是通过给定持续电流，在压缩机全周期中持续加载液压力至液压柱塞缸，液压力传递途径为：液压柱塞缸→卸荷机构→进气阀阀片，最终在进气阀阀片上作用一个持续加载的强制外力，通过该强制力影响进气阀的开启和关闭时机，进而调节进气阀开启时间实现气量的调节；4)在无外力强制作用于进气阀时，压缩机满气量运行，进气阀为自动启闭阀。进气阀开启关闭均由气缸内压力、进气腔压力、气阀弹簧力决定，如图1所示，膨胀过程中气缸内压力Pcy逐渐降低，当阀片前后压差力大于气阀弹簧力，即Pcy≤(Ps-ΔP)-Fsp/Ap时，式中Ap表示进气阀面积，Fsp表示进气阀阀簧力，ΔP表示压力损失，Ps表示进气压力，气阀离开阀座向升程限制器运动开始吸气过程；同理，当活塞反向运动后气缸容积开始减小，缸内压力Pcy上升，当阀片前后压差力小于弹簧力时，即Pcy≥(Ps-ΔP)-Fsp/Ap，气阀关闭开始压缩过程；5)进气阀上加载持续强制力时，进气阀依然为自动启闭阀，进气阀阀片上除了受气缸内压力、进气腔压力、气阀弹簧力外，还受到爪式卸荷器强制力作用，如图2所示，爪式卸荷器通过阀座流道作用在阀片密封环面上。膨胀过程中气缸内压力Pcy逐渐降低，当阀片前后压差力与强制力的和大于气阀弹簧力，即PcyAp+Fsp≤(Ps-ΔP)(Ap-Af)+Ff时，式中Af表示爪式卸荷器作用在阀片上的面积，气阀离开阀座向升程限制器运动开始吸气过程，；当活塞反向运动后气缸容积开始减小，缸内压力Pcy上升，当阀片前后压差力与强制力的和小于弹簧力时，即PcyAp+Fsp≥(Ps-ΔP)(Ap-Af)+Ff，气阀关闭开始压缩过程；当作用了强制力Ff后，使进气阀关闭需要的气缸压力升高，活塞反向后气缸压力不足以立即关闭进气阀，需活塞继续运动，气缸容积进一步减小使气缸内压力Pcy提升至Pcy_close后，满足Pcy_c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种往复式压缩机无级气量调节方法，，其特征在于：1)通过在压缩机全周期中持续加载液压力至液压柱塞缸，液压力传递途径为：液压柱塞缸→卸荷机构→进气阀阀片，最终在进气阀阀片上作用一个持续加载的强制外力，通过该强制力影响进气阀的开启和关闭时机，进而调节进气阀开启时间实现气量的调节；2)进气阀上加载持续强制力时，进气阀阀片上除了受气缸内压力、进气腔压力、气阀弹簧力外，还受爪式卸荷器强制力作用，爪式卸荷器通过阀座流道作用在阀片密封环面上；膨胀过程中气缸内压力Pcy逐渐降低，当阀片前后压差力与强制力的和大于气阀弹簧力，即PcyAp+Fsp≤(Ps‑ΔP)(Ap‑Af)+Ff时，式中Ap表示进气阀面积，Af表示爪式卸荷器作用在阀片上的面积，Fsp表示进气阀阀簧力，Ps表示进气压力，Ff表示强制力，ΔP表示压力损失，气阀离开阀座向升程限制器运动开始吸气过程；当活塞反向运动后气缸容积开始减小，缸内压力Pcy上升，当阀片前后压差力与强制力的和小于弹簧力时，即PcyAp+Fsp≥(Ps‑ΔP)(Ap‑Af)+Ff，气阀关闭开始压缩过程；当作用了强制力Ff后，使进气阀关闭需要的气缸压力Pcy升高，活塞反向后气缸压力不足以立即关闭进气阀，需活塞继续运动，气缸容积进一步减小使气缸内压力Pcy提升至Pcy_close后，满足Pcy_close＝[(Ps‑ΔP)(Ap‑Af)+Ff‑Fsp]/Ap，进气阀才开始关闭，进气阀延迟关闭，活塞反向至进气阀关闭这段时间进气阀保持开启，气体回流至进气腔内；3)式PcyAp+Fsp≥(Ps‑ΔP)(Ap‑Af)+Ff中进气压力Ps、压力损失ΔP、进气阀阀簧力Fsp均为可测量的定值，强制力Ff为外部施加的强制力，力的大小可变，逐渐增大强制力Ff大小，进气阀开始关闭需要的气缸压力Pcy_close越高，气阀关闭越滞后，压缩排出的气体量越少；通过改变强制力Ff大小，可实现压缩机排气量的调节，并且强制力Ff大小连续变化便能够实现气量的全量程无级调节；当Ff持续增大，Pcy_maxAp+Fsp≤(Ps‑ΔP)(Ap‑Af)+Ff，式中Pcy_max表示压缩过程中气缸中最大气体压力，气缸气体压力不足以使进气阀关闭，整个工作过程中进气阀均保持开启，无压缩过程和排气过程，机组排气量为0；4)获得压缩机相关参数，包括：压缩机转速ω，进气阀片质量Ms，进气压力Ps，进气阀面积Ap，爪式卸荷器作用在阀片上的面积Af，进气阀阀簧力Fsp，气缸余隙容积Vcle，气缸行程容积Vstr，曲柄连杆比λ、进气阀流系数αs，气体常数R,等热压缩系数k，进气温度Ts；5)获取压缩机调控工艺参数—气量负荷比η(η∈[0,1])，气量负荷比根据不同控制模式按照不同的计算公式确定，手动控制模式下气量负荷比直接输入获得；自动模式下由控制器接收实际排气压力值、排气压力设定值，经过PID运算得到需要的气量负荷比；6)获得气量负荷比η后，根据公式...

【技术特征摘要】
1.一种往复式压缩机无级气量调节方法，，其特征在于：1)通过在压缩机全周期中持续加载液压力至液压柱塞缸，液压力传递途径为：液压柱塞缸→卸荷机构→进气阀阀片，最终在进气阀阀片上作用一个持续加载的强制外力，通过该强制力影响进气阀的开启和关闭时机，进而调节进气阀开启时间实现气量的调节；2)进气阀上加载持续强制力时，进气阀阀片上除了受气缸内压力、进气腔压力、气阀弹簧力外，还受爪式卸荷器强制力作用，爪式卸荷器通过阀座流道作用在阀片密封环面上；膨胀过程中气缸内压力Pcy逐渐降低，当阀片前后压差力与强制力的和大于气阀弹簧力，即PcyAp+Fsp≤(Ps-ΔP)(Ap-Af)+Ff时，式中Ap表示进气阀面积，Af表示爪式卸荷器作用在阀片上的面积，Fsp表示进气阀阀簧力，Ps表示进气压力，Ff表示强制力，ΔP表示压力损失，气阀离开阀座向升程限制器运动开始吸气过程；当活塞反向运动后气缸容积开始减小，缸内压力Pcy上升，当阀片前后压差力与强制力的和小于弹簧力时，即PcyAp+Fsp≥(Ps-ΔP)(Ap-Af)+Ff，气阀关闭开始压缩过程；当作用了强制力Ff后，使进气阀关闭需要的气缸压力Pcy升高，活塞反向后气缸压力不足以立即关闭进气阀，需活塞继续运动，气缸容积进一步减小使气缸内压力Pcy提升至Pcy_close后，满足Pcy_close＝[(Ps-ΔP)(Ap-Af)+Ff-Fsp]/Ap，进气阀才开始关闭，进气阀延迟关闭，活塞反向至进气阀关闭这段时间进气阀保持开启，气体回流至进气腔内；3)式PcyAp+Fsp≥(Ps-ΔP)(Ap-Af)+Ff中进气压力Ps、压力损失ΔP、进气阀阀簧力Fsp均为可测量的定值，强制力Ff为外部施加的强制力，力的大小可变，逐渐增大强制力Ff大小，进气阀开始关闭需要的气缸压力Pcy_close越高，气阀关闭越滞后，压缩排出的气体量越少；通过改变强制力Ff大小，可实现压缩机排气量的调节，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雯华，江志农，王瑶，张进杰，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11