[发明专利]一种往复活塞压缩机排气量无级调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种流量调节方法，特别涉及一种往复活塞压缩机排气量的调节方法。

背景技术

往复活塞压缩机(以下简称压缩机)被广泛应用于工业与日常生活中，是国民经济的各个部门尤其是石油化工等流程工业中必不可少的关键设备之一。压缩机的额定排气量在正常操作条件下容积流量基本保持不变，一般是按工艺要求的最大流量进行设计或选型的，排气量都有一定的富余。另一方面，在实际使用中，进气压力、温度、介质组分等耗气设备工况的变化、生产条件的改变以及市场需求的变化等是经常发生的，导致用户对气体的耗用量也是不断变化的，这就需要对压缩机排气量进行调节以适应不断变化的要求。目前生产中应用最多的调节方法包括压缩机起停调节(包括单机间断运行、多机并联后备运行)、管路调节(包括进气节流、切断进气、旁路节流)和余隙容积调节等。其普遍的缺点是浪费的能量过高，调节的精度也不高，而且对压缩机甚至对电力网的正常运行存在着不利影响。随着生产工艺的不断改进和能源形势的日益紧张，这些传统方法已经严重落后了。

通过压开吸气阀进行流量调节的方法因节能效果明显而引起极大关注，它包括部分行程压开吸气阀和全行程压开吸气阀。部分行程压开吸气阀是通过特定装置使吸气阀延时关闭，让一部分气体在压缩前回流到进气腔，延时的长短根据需要的流量计算得出，从而在减少排气量的同时降低功耗。这可通过主动式执行机构实现，如专利EP-A-0893605中所公开的电液控制技术驱动直线运动的压叉将吸气阀压开，排气量可调至10％。专利US-A-5695325则公开了另一种系统，它是通过特定装置在进气阀和其阀座之间往复的旋转运动而实现的，同样可以在某一需要的时刻使进气阀关闭。另一方面，浙江大学化机研究所研制了被动式气量调节系统(《往复压缩机压开吸气阀气量调节的理论与实验研究》，浙江大学硕士学位论文，2006年)，依靠液压分配器和可调回流阀，排气量可调至50％。无论采用被动式还是主动式、直线运动还是旋转运动，关键是每个工作循环内进气阀关闭时刻的快速、精确计算和控制。若压缩机转速1000r/min，每个行程只有33ms，压叉必须在比这更短的时间内将完成吸气阀片压下-保持-释放，这样一来对执行机构的响应速度和寿命提出了极高的要求。吸气阀在每转中都必须延迟关闭，造成吸气阀动作频繁，很容易损坏，降低了气阀的寿命，而且气阀噪声大。对于被动式关闭的方案，由于其特性较软，气体回流到进气腔时的流道阻力变大，实际可调流量下限无法做得很低，且会增加额外的功耗。

另一种方法是全行程压开吸气阀的调节，在整个排气行程中吸气阀始终被强制压开。由于仅需提供压开吸气阀的作用力，功耗进一步降低。但目前的全行程压开技术是基于开关控制策略，即当排气缓冲罐内压力达到设定的上限值时，利用某种机构压开吸气阀、压缩机空载运行；当压力下降到设定的下限值时，释放吸气阀，压缩机加载运行；如此反复执行。采用这种方式只能提供阶跃式的调节，如对单列双作用或双列单作用气缸，可实现0、50％、100％三档流量调节；对双列双作用气缸可实现0、25％、50％、75％、100％五档流量调节。而管道内的压力会在上下限之间摆动，严重时造成管道振动，对生产工艺也会有不良影响。在用气量变化比较频繁时，影响更剧烈。增大压缩机排气缓冲容积可减缓压力波动，但无法削弱其幅度；若缩小上下限的压差，又会加快波动的频率。这是开关控制策略无法克服的固有缺陷。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种往复活塞压缩机排气量的调节方法，可实现排气量0～100％连续调节、节能降噪、简单可靠的排气量调节。

为达到所述目的，本发明是在全行程压开吸气阀的基础上，将压开吸气阀的开关控制改变为占空比控制。

本发明同样需要依靠一套能够压开吸气阀的执行机构及其控制系统来实现。执行机构的动力，可以采用气动、液压、电动或其他任何能够产生足够驱动力的方式。其中液压执行机构响应速度快、控制精确，因此是最佳执行机构。其控制系统是一种能够依据本发明所述方法自动执行其步骤的智能装置，如工业控制计算机或可编程控制器等，这些步骤以可执行程序的形式事先存储于其中的存储器，并允许远程计算机通过数据通信随时修改程序的步骤或参数。

为叙述方便，将吸气阀被强制压开、压缩机空载运行时的工作循环称为空载循环，将吸气阀被释放、允许其自由关闭、压缩机加载运行时的工作循环称为加载循环。

本发明的具体步骤是：