CN205013264U - 压缩机气量无级调节*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种压缩机气量无级调节***，特别适用于往复式压缩机，不仅适合于新的压缩机装配，也同样适用于对已投入运行的压缩机进行配置。微处理器通过先导式高速开关阀控制二级机械阀的进出油路，使二级机械阀通过换向来达到控制高压油进入或流出液压活塞工作腔，液压活塞驱动顶杆，顶杆驱动带卸荷器的吸气阀，实现控制吸气阀的开启与关闭时间，从而实现从0～100％范围内气量无级调节，而且压缩机级间压力控制精度能够达到±0.01MPa；经工业标定可节电40%以上，节能效果显著。可广泛应用于化工厂、炼油厂、气体储运厂及联合热电厂等领域。

Description

压缩机气量无级调节***

技术领域

本实用新型涉及一种压缩机气量无级调节***，特别适用于往复式压缩机。这种气量调节***可实现从0～100％范围内无级调节，不仅适合于新的压缩机装配，也同样适用于对已投入运行的压缩机进行配置。可广泛应用于化工厂、炼油厂、气体储运厂及联合热电厂等领域。

背景技术

在炼油、石油化工等工艺流程中,由于工况变化和其它因素,压缩机气量需要随时调节,对调节的要求是:能实现流量的连续调节,使流量随时和耗气量相等；调节***力求简单可靠,操作方便；单位流量的功率消耗不增加。最为常用的是打回流，余隙调节和气阀调节。打回流的调节方式浪费能量；余隙调节方式调节范围小，能部分引起压力与温度重新分布；这些调节方式中都不能避免开机时快速升压造成对机组及***的冲击，级间压比不能调节，能耗过高等问题。压开吸气阀进行气量调节在众多方法中，以其省能耗、结构简易和安装方便等优势得到了广泛的应用，早在上世纪20年代已经出现。压开吸气阀气量调节主要有两种方式：一种为全行程压开吸气阀，即在压缩机工作过程中，使某一吸气阀保持全开；另一种为部分行程压开吸气阀，即在部分压缩过程中，吸气阀保持开启状态，而剩余压缩过程吸气阀关闭。但查阅众多资料发现，迄今国内对压开吸气阀排气量调节的应用绝大部分都局限在全行程压开技术，故只能实现间断调节（如0-50%-100%）。

现在国外已成功开发了气量无级调节***，该***参考了大型柴油发动机中喷射部件技术，并结合了数字计算机技术可控制技术，利用液压传动卸荷装置使压缩机在压缩过程中吸气阀保持一定时间的开启，通过延迟关闭进气阀的方式，来实现排气量的无级调节，其核心部件电液执行器采用的是单级高速开关阀直接驱动执行缸的方案，控制原理简图如图1所示。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，开发了压缩机气量无级调节***，实现压缩机排气量从0～100％范围内无级调节，最末级最大进气压力16MPa；最高进气温度120℃；卸荷器最大卸荷力8000N；压缩机转速120～1200r/min；最多控制级数达到6级。

一种压缩机气量无级调节***，主要包括：电液执行器、压缩机的吸气阀、液压油站及控制***；电液执行器用于驱动压缩机进气阀的打开与关闭，控制***中由计算机实时处理压缩机运行过程中的状态数据，并将信号反馈至电液执行器的微处理器，微处理器经过运算给电液执行器发出指令，电液执行器来控制吸气阀的开启与关闭时间，实现压缩机排气量调节，其特征在于压缩机的吸气阀为带卸荷器的吸气阀，包括卸荷器、阀座、弹簧及阀片，吸气阀与顶杆相接，顶杆另一端与高压柱塞相接；电液执行器由上阀体、下阀体和电气室三部分组成，上阀体通过螺栓与下阀体连接，主要包括高速开关阀、二级机械阀、高压柱塞、压力传感器；高速开关阀用于控制切换油压，控制高压柱塞的动作，进而通过顶杆控制吸气阀的开启和关闭：高速开关阀控制二级机械阀的进出油路，使二级机械阀通过换向来达到控制高压油进入或流出高压柱塞工作腔，高压柱塞驱动顶杆，顶杆驱动带卸荷器的吸气阀，实现控制吸气阀；下阀体通过螺栓与压缩机进气阀压阀盖连接，下阀体主要包括密封组件、温度传感器、泄漏油口以及工艺气体泄漏口，高压柱塞与顶杆及下阀体的密封组件、带卸荷器的吸气阀中心在同一轴线，当高速开关阀得电时，卸荷器的顶杆从电液执行器的高压柱塞接受液压力，从而顶开吸气阀的阀片；当高速开关阀失电时，施加在卸荷器顶杆上的力消失，安装于卸荷器内的弹簧将卸荷器复位，此时吸气阀的阀片关闭；电气室包括微处理器、压力传感器，微处理器用于控制高速开关阀的开/关动作，由输入控制信号电平触发，实现通讯与控制。

本实用新型的压缩机气量无级调节***，主要包括电液执行器、带卸荷器的吸气阀、液压油站及控制***四部分。电液执行器安装于压缩机吸气阀压阀盖上，顶杆固定在带卸荷器的吸气阀上。顶杆从电液执行器接受液压力，顶开吸气阀；当顶杆上的液压力消失，安装于卸荷器内的复位弹簧复位，此时吸气阀关闭。

电液执行器的作用是通过顶杆控制卸荷器吸气阀的延迟关闭，它垂直安装于压缩机带卸荷器的吸气阀的压阀盖上，上阀体的高压柱塞与顶杆及下阀体的密封组件、卸荷器吸气阀中心在同一轴线。下阀体主要作用阻止工艺气沿顶杆泄漏，同时阻止液压油沿顶杆泄漏到压缩机缸体内。电气室最好包括微处理器、压力传感器及防爆盖等，它可通过螺栓安装在上阀盖的侧面上。微处理器用于控制高速开关阀的开/关动作，由输入控制信号电平触发，它一般包括电源模块、CPU模块、传感器模块、通讯模块以及驱动模块，可以实现通讯与控制的各项任务。

液压油站是给电液执行器提供动力源，它主要包括防爆电机、柱塞泵、油箱、油分配器、减压阀、液位开关、油过滤器、油冷却器及油加热器等部件。防爆电机通过安装在油箱内的恒压变量柱塞泵，将液压油压力提高到设定值，通过油分配器、减压阀供给各级的电液执行器；从电液执行器排出的液压油经过油冷却器、油过滤器流到油箱。

控制***包括止点传感器、PLC和监控计算机等。止点传感器主要传递各级气缸活塞在气缸中的即时位置，它的信号传入电液执行器的微处理器后，微处理器控制电液执行器中的高速开关阀的实际打开和关闭时间。PLC控制***主要包括控制器、I/O模块、监控计算机、电源、继电器、安全栅及电源等，根据压缩机运行中的状态数据（排气压力、排气量等）、微处理器传递的信号及实际控制数据（排气压力、各级负荷及排气量等），由控制器进行PI运算和程序处理，计算出相应的延迟关闭进气阀的时间传递给电液执行器的微处理器。监控计算机的功能主要是运行程序软件套件，提供良好的人机交互界面。

本实用新型的目的是这样实现的：控制***及时处理压缩机运行过程中的状态数据，并将信号反馈至电液执行器的微处理器，通过液压传动来控制气阀的开启与关闭时间，实现压缩机排气量0～100%全行程范围无级调节。其原理：延迟吸气阀关闭时间，在活塞开始反行程运动时，部分气体在活塞的推动下，又回流到进气管路。循环周期里只压缩需要压缩的气量，从而大大节省压缩机能耗，降低压缩机运行期的总费用。

本实用新型气量调节***的调节采用部分行程压开吸气阀的原理，其控制原理简图如图2所示。本实用新型同样利用现有技术的液压传动卸荷装置使压缩机在压缩过程中吸气阀保持一定时间的开启，通过延迟关闭进气阀的方式，来实现排气量的无级调节，但所不同点在于电液执行器通过高速开关阀控制二级机械阀的进出油路，使二级机械阀通过换向来达到控制高压油进入或流出高压柱塞工作腔，高压柱塞驱动顶杆，顶杆带动带有卸荷器的吸气阀，实现控制吸气阀。其优点不仅是高速电液执行器的响应时间能够满足压缩机气量无级调节***的要求，而且解决了高速开关阀由于流量不够导致的电液执行器响应时间慢的问题，由于采用两级液压放大，电液执行器的驱动能力明显增加，可以广泛的应用于压力高、流量大的压缩机工况。

本实用新型的压缩机气量无级调节***与国外的调节***相比，电液执行器能控制压缩机进气阀在精确时间动作的前提下，其负载驱动能力明显提高，更适用于压缩机压力高、大流量的场合。

本实用新型设计合理、先进可靠、连续运行安全；不仅能使压缩机排气量实现0～100%自动无级调节，而且压缩机级间压力控制精度能够达到±0.01MPa；经工业标定可节电40%以上，节能效果显著。

附图说明

图1为现有技术中电液执行器采用单级控制原理图；

图2为本实用新型的电液执行器采用串级控制原理图；

图3为应用本实用新型的一种压缩机气量无极调节***示意图；

图中：

1-----—阀座，2—弹簧，3—阀片，4—卸荷器，5—带卸荷器的吸气阀，

6—液压油站，7—电液执行器。

图4a为本实用新型的电液执行器剖面图；

图4b为本实用新型的电液执行器外形图；

图4c为本实用新型的电液执行器横截面剖面图；

图中：

8—上阀体，9—高压柱塞，10—密封组件，11—检测口，12—顶杆，

13—泄漏油口，14—微处理器，15—电气室，16—压力传感器，

17—温度传感器，18—下阀体，19—回油口，20—二级机械阀，

21—高速开关阀，22—进油口。

图5为本实用新型的第一级控制回路图控制第二级排气压力；

图6为本实用新型的第二级控制回路图控制第二级进气压力；

图7为本实用新型的电液执行器调节压缩机流量流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的压缩机气量无级调节***进行说明。

如图3所示，应用本实用新型的一种压缩机气量无级调节***，主要包括电液执行器、带卸荷器的吸气阀、液压油站、PLC控制***、止点传感器检测单元及监控计算机等组成。液压油站的恒压变量泵将液压油压力提高至设定值（准确设定值取决于压缩机最后一级的进气压力），在压缩机的每个进气阀均安装有电液执行器。此时压缩机的任一工艺参数(如：排气量，排气压力，进气压力等)可被选为控制变量，其数值经过用户DCS传给PLC中的控制器,控制器比较所要求的设定值，计算出吸气阀延迟关闭的时间及此时的对应活塞位置；同时接受微处理传递过来的止点传感器信号，经控制器推断出气缸中的实际活塞位置。通过对这两信号的比较，经控制器PI调节运算出吸气阀延迟关闭的时间，及时通过RS485通讯将指令传给电液执行器的微处理器，微处理器的控制部分将会启动高速开关阀来控制高压液压油的供给与泄压，以推动二级机械阀，进而推动高压柱塞和进气阀顶杆，从而实现控制吸气阀的打开与关闭，使进气阀的启闭始终处于有效的控制状态，实现压缩机排气量0～100%全行程范围无级调节。

如图4所示，本实用新型的一种压缩机气量无级调节***的核心部件电液执行器。液压油站的供给压力油管路和回油管路分别与电液执行器的上阀块进油口和回油口连通。无控制信号时，高速开关阀的电磁铁失电，阀芯处于常闭状态，高速开关阀将进油口切断，而将控制油口与回油口的油路接通，推进器的工作腔与回油口的油路接通，这时，控制腔的压力为常压，工作腔的压力也为常压。顶杆处于自由状态，压缩机的吸气阀弹簧将顶杆顶起，吸气阀处于关闭状态，此时，该压缩机的压缩腔为全排量排气。

当曲轴转到吸气位置时，微处理器给出信号，高速开关阀的电磁铁得电，衔铁控制阀芯将高速开关阀的控制油口与回油口的油路切断，同时将控制油口与进油口（压力油口）的油路接通，这时，液压油站***输出的液压油通过高速开关阀作用在二级机械阀阀芯右端，通过其增力作用推动较大通径的该二级机械阀（二位三通换向阀），将控制油口与工作腔的油路接通，同时切断工作腔与回油口的油路，使液压油站***输出的液压油作用在高压柱塞上端，高压柱塞推动顶杆向下移动，将压缩机的吸气阀打开，压缩腔开始吸气；当曲轴转过吸气行程后，进入压气行程，此时吸气阀处于开启状态，所以压缩机仍然无排量输出。

当压缩机需要输出排量时，控制器输出信号，高速开关阀的电磁铁失电，高速开关阀的阀芯在弹簧力作用下复位，将高速开关阀的控制油口与进油口（压力油口）的油路切断，同时将控制油口与回油的油路接通，此时二级阀的控制腔为常压，则二级换向阀的阀芯在弹簧力的作用下复位，将推进器的工作腔与进油口（压力油口）的油路切断，同时将工作腔与回油口的油路接通，工作腔卸载，高压柱塞及顶杆在压缩机的吸气阀弹簧的作用下回弹；压缩机的吸气阀关闭，这时，压缩机有排量输出。

依照上述过程周期循环，通过控制吸气阀关闭时间，可得到不同的输出排量。

电液执行器包括电气室、上阀体及下阀体。电气室的罩子通过螺栓连接在上阀体上，微处理器通过螺栓连接到罩子上。上阀体上安装有高速开关阀及二级机械阀，另外还安装有进油管路、回油管路、压力及温度传感器；上阀体通过螺栓与下阀体连接到一起。下阀体主要包括下阀体壳体、密封组件、回油管路以及工艺介质检测口。

如图5所示，以压缩机两级压缩为例，如二级排气压力实际值和排气压力设定值输入PI控制器，负荷处于自动状态；直接给出负荷设定点，负荷处于手动状态。一级进气阀延迟时间根据二级排气压力给定值和实际值的偏差由一级PI控制器给出。

如图6所示，二级进气阀延迟时间根据二级入口压力给定值（通过公式计算）和实际值的偏差由二级PI控制器给出。

如图7所示，PLC控制***中的PI控制器将负荷转换成延迟气阀控制时间反馈至电液执行器的微处理器，通过液压传动来控制进气阀延迟关闭，进而控制压缩机排气量。

Claims (7)

1.一种压缩机气量无级调节***，主要包括：电液执行器、压缩机的吸气阀、液压油站及控制***；电液执行器用于驱动压缩机进气阀的打开与关闭，控制***中由计算机实时处理压缩机运行过程中的状态数据，并将信号反馈至电液执行器的微处理器，微处理器经过运算给电液执行器发出指令，电液执行器来控制吸气阀的开启与关闭时间，实现压缩机排气量调节，其特征在于压缩机的吸气阀为带卸荷器的吸气阀，包括卸荷器、阀座、弹簧及阀片，带卸荷器的吸气阀与顶杆相接，顶杆另一端与高压柱塞相接；电液执行器由上阀体、下阀体和电气室三部分组成，上阀体通过螺栓与下阀体连接，主要包括高速开关阀、二级机械阀、高压柱塞、压力传感器；高速开关阀用于控制切换油压，控制高压柱塞的动作，进而通过顶杆控制带卸荷器的吸气阀的开启和关闭：高速开关阀控制二级机械阀的进出油路，使二级机械阀通过换向来达到控制高压油进入或流出高压柱塞工作腔，高压柱塞驱动顶杆，顶杆驱动带卸荷器的吸气阀，实现控制吸气阀；下阀体通过螺栓与压缩机进气阀压阀盖连接，主要包括密封组件、温度传感器、泄漏油口以及工艺气体泄漏口，高压柱塞与顶杆及下阀体的密封组件、带卸荷器的吸气阀中心在同一轴线，当高速开关阀得电时，卸荷器的顶杆从电液执行器的高压柱塞接受液压力，从而顶开吸气阀的阀片；当高速开关阀失电时，施加在卸荷器顶杆上的力消失，安装于卸荷器内的弹簧将卸荷器复位，此时吸气阀的阀片关闭；电气室包括微处理器、压力传感器，微处理器用于控制高速开关阀的开/关动作，由输入控制信号电平触发，实现通讯与控制。

2.根据权利要求1所述的压缩机气量无级调节***，其特征在于微处理器包括电源模块、CPU模块、传感器模块、通讯模块以及驱动模块。

3.根据权利要求1所述的压缩机气量无级调节***，其特征在于液压油站包括防爆电机、柱塞泵、油箱、油分配器、减压阀、液位开关、油过滤器、油冷却器及油加热器部件。

4.根据权利要求3所述的压缩机气量无级调节***，其特征在于防爆电机通过安装在油箱内的恒压变量柱塞泵，将液压油压力提高到设定值，通过油分配器、减压阀供给各级的电液执行器。

5.根据权利要求3所述的压缩机气量无级调节***，其特征在于从电液执行器排出的液压油经过油冷却器、油过滤器流到油箱。

6.根据权利要求1所述的压缩机气量无级调节***，其特征在于控制***包括止点传感器、PLC控制***和监控计算机；止点传感器的信号传入电液执行器的微处理器后，电液执行器的微处理器控制电液执行器的实际打开和关闭时间。

7.根据权利要求6所述的压缩机气量无级调节***，其特征在于PLC控制***主要包括控制器及I/O模块，电源，监控计算机。