[发明专利]一种往复压缩机无级气量调节方法及系统

权利要求书

1.一种往复压缩机无级气量调节方法，其特征在于，应用于以下系统：

该系统包括液压动力系统、液压执行机构、气阀卸荷装置、气量调节控制系统、信号测量系统与配套密封机构；

液压动力系统包括储油箱、电机、液压油泵、蓄能器、压力表、液位计、压力控制继电器、安全阀、卸荷阀和压力管线；液压执行机构为液压油缸，油缸内包括柱塞和密封元件；气阀卸荷装置由吸气阀自带卸荷器组成，卸荷器顶杆与油缸柱塞接触；控制系统包括电磁换向阀、可编程逻辑控制器、固态继电器和相关信号线缆；信号测量系统包括电涡流传感器与键相采集系统；

该方法包括如下步骤：

气量调节设定参数为K，K＝0～1，代表现场往复压缩机实际需求排气量占额定排气量的比例；

确定液压执行机构的响应时间参数，包括：电磁换向阀开启控制信号输出到液压执行机构完成顶出动作的时间T₁，液压执行机构顶出动作时间T₂，电磁换向阀换向控制信号输出到液压执行机构完成撤回的时间T₃，液压执行机构撤回动作时间T₄，电磁换向阀的最短给电时间T₅，电磁换向阀的最短断电时间T₆；输出电磁换向阀开启控制信号的时间点与本次调节工作循环键相信号的时间间隔为T₇，T₇≥0为相对本次调节工作循环键相信号延迟输出电磁换向阀开启控制信号，T₇<0为相对本次调节工作循环键相信号提前输出电磁换向阀开启控制信号，提前量为T₇绝对值；电磁换向阀开启控制信号输出到换向控制信号输出的间隔时间T₈；以上时间单位均为秒；

确定压缩机运行参数和控制参数，运行参数包括：压缩机工作转速n，单位：转/分钟；压缩机工作周期时长T；气体从进气压力压缩到排气压力的时间T_升；控制参数包括：从压缩过程开始后进气阀延迟关闭的时间T_延，单位：秒，T_延＝T*arccos(2K-1)/2π；

电磁换向阀开启控制信号的输出以往复压缩机键相信号为基准，采取两种方式给出控制信号，即：同周期给出开启控制信号和相邻周期给出开启控制信号；同周期给出开启控制信号指在本次调节周期键相信号时刻给出开启控制信号，给出信号和执行动作在同一个压缩机工作循环内完成；相邻周期给出开启控制信号是指在本次调节周期的前一个周期给出信号，与执行动作在两个相邻周期；

时间控制模式包括单一变时长控制、单一定时长控制、变时长和定时长复合控制方法三种；

单一变时长控制指的是在每个周期中固定的时间点输出电磁换向阀开启控制信号，K变化时控制信号时长T₈相应变化；

单一定时长控制，每个周期中的控制信号时间长度固定不变，而改变电磁换向阀开启控制信号发出时间点，针对不同的K计算确定不同的信号发出时间点；

变时长和定时长复合控制，在气量从满负荷开始调节时先采用变时长的控制方式，根据K变化计算得到不同的控制信号持续时间，当给出电磁换向阀换向控制信号与下一次给出电磁换向阀开启控制信号的时间间隔ΔT＝1.2T₆时，切换到定时长的控制方式，针对不同的K计算确定不同的电磁换向阀开启控制信号发出时间点，固定控制信号持续时间；

根据压缩机运行参数，控制参数和液压执行机构的响应时间参数之间的关系确定气量调节的控制方法和控制时间参数，具体的步骤包括：

首先，判断执行机构在工作转速下能否实现0-100％气量调节：根据压缩机工作转速n计算得出压缩机的一个工作周期时长T，当T/2-(T₂+T₃)<0，执行机构不能满足该转速压缩机0-100％气量调节的要求，则不再执行以下步骤；当T/2-(T₂+T₃)≥0，执行机构能满足该转速压缩机0-100％气量调节的要求；

其次，确定调节控制方法：

1)对于执行机构和管路，给电时长为T₅所对应的T₁与给电时长为T-T₆所对应的T₁的差值，或在给电时长为T₅所对应的T₃与给电时长为T-T₆所对应的T₃的差值大于T/20时，认为该执行机构和管路对于给电时长的变化较敏感，只能采用定时长控制方法；对于单一定时长控制方法，每个周期的控制信号时长T₈固定不变，取T₈为T₁-T₂-T₃+T/2和T-T₆之间的最小值，取T₇＝-(T₈+T₃-T/2)+T_延，T₇随T_延的变化相应变化；

2)给电时长为T₅所对应的T₁与给电时长为T-T₆所对应的T₁的差值，或在给电时长为T₅所对应的T₃与给电时长为T-T₆所对应的T₃的差值小于等于T/20时，认为该执行机构和管路对于给电时长的变化不敏感，对如下情况进行讨论：

a)当T₆-T₃-T_升≤T/2-T₃-T₅，即T₆-T_升≤T/2-T₅时采用单一变时长控制方法能够实现气量0～100％全量程调节，T₇的取值范围为[(T₆-T₃-T_升)，(T/2-T₃-T₅)]，每个周期的控制信号时长T₈＝T/2-T₃-T₇+T_延，T₈随T_延的变化相应变化；

b)当T₆-T₃-T_升＞T/2-T₃-T₅，即T₆-T_升＞T/2-T₅则只能采用变时长和定时长结合的复合控制方法实现气量0～100％全量程无级调节：

A.对K＝100％负荷，给出控制信号的时间点T₇＝T/2-T₃-T₅，控制信号时长T₈＝T/2-T₃-T₅；

B.负荷值K从100％减小到0的过程中，若T-T₈＞1.2T₆，采用变时长的控制方式，给出控制信号的时间点T₇＝T/2-T₃-T₅，控制信号时长T₈＝T/2-T₃-T₅+T_延，T₈随T_延的变化而变化；

C.负荷值K从100％减小到0的过程中，若T-T₈≤1.2T₆，切换到定时长的控制方式，控制信号时长T₈＝T-1.2T₆，T₇＝-T₃-T/2+T_延+1.2T₆，T₇随T_延的变化相应变化。