一种用于活塞压缩机气阀智能启闭控制方法技术

本发明专利技术公开一种用于活塞压缩机气阀智能启闭控制方法，包括以下步骤：S1：膨胀角θ1设定为系统电控单元基本控制参数之一，并可以通过电控单元进行角度校正；S2：当活塞实际行程到达外止点后θ1角度，执行器接受来自电控单元的控制信号，对进气阀执行方案一：当采用压叉顶开气阀阀片，通过气阀压叉在θ1角度正时顶开阀片；对进气阀执行方案二：当采用推杆式气阀，通过气阀推杆在θ1角度正时推开阀片；S3：排气角θ3设定为系统电控单元基本控制参数之一，并可以通过电控单元进行角度校正；S4：当活塞实际行程到达外止点前θ3角度时刻，执行器接受来自电控单元的信号，然后通过推杆正时启闭阀片。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及于工业装备节能
，特别涉及一种用于活塞压缩机气阀智能启闭控制方法。
技术介绍
活塞压缩机是一种在工业领域广泛使用的通用机械，气阀被称为活塞压缩机的“心脏膜瓣“，气阀本质是一种用于控制气体吸入和排出压缩机气缸的高频次启闭的单向阀，其工作原理和特性决定了它是压缩机更换频率最高的易损件，每年工业部门要花费大量的维修与采购资金；另据有关资料统计，活塞压缩机35％以上的非计划停车是由于气阀的损坏所造成，给工业部门造成相当的安全危害和经济损失。目前广泛使用的气阀其历史可以追溯到1897年，当时专利技术的一种钢制阀片的气阀其基本结构和工作原理一直沿用至今，这种气阀是依赖气缸和进气或排气管路气体压力之差来控制阀片的启闭的，弹簧的应用是为了试图保证阀片在压缩机活塞运动到止点位置前及时关闭，避免气体回流造成流量损失，但是准确的开启和关闭时刻往往由于气缸内工作环境的变化而无法保证，造成密封元件的颤振和对阀座和升程限制器(阀盖)的冲击，特别是在阀片延迟关闭、压缩机负荷变化、气体带液、气柱振动等复杂情况下，气阀达不到理想的设计效果，造成提前损坏。除了可靠性方面的缺陷，现有传统气阀还存在经济方面的运行缺陷。如之前所述，压缩机气阀的启闭是依赖于压差来实现的，在压缩机工作循环中，为了保证气体顺利被吸入和排出气缸，克服气体流经气阀和阀窝的压降造成的损失(包括弹簧力的影响)，在吸气过程中气缸内的压力要低于进气管的压力，在排气过程中气缸内的压力要高于排出管的压力，这样压缩机的驱动机就必须有一部分额外的做功用来补充这些损失，从而降低了气阀的使用经济性，造成了能源浪费。这部分浪费体现在压缩机的PV示功图上进气和排气的上下阴影部分(参见附图1)这部分浪费的能量约占到压缩机总指示功率的5％～20％，能量浪费的大小根据气阀设计的好坏和压缩机的实际工况而不同。气阀经济性的衡量可以从附图1和附图2得以分析，进气和排气的上下阴影部分即为进气阀和排气阀的阀损和部分管路损失导致压缩机产生的额外功耗。在传统气阀结构中，对于一个设计好的气阀，为了保证之前所述的经济性，即要求气体流经气阀时阻力要尽量小，这就要求气阀通流面积越大越好，在固定流道投影面积情况下，即气阀的升程要越大越好；但是，大升程使得密封元件对阀座和阀盖的冲击速度也增加了，这是现有的气阀结构所无法解决的矛盾。本专利技术所采用的推杆式气阀比较好的解决了这一矛盾，同时其结构特点也便于进行智能启闭控制，而且可以进一步通过液压缓冲装置降低阀片的冲击速度。已有中国专利(CN 1493787 A)和国外专利(AT 403 835 B1)提出通过一个受控的电磁开关阀来控制压缩机进气阀的延迟关闭，并在此基础上通过压缩阶段进气阀的延迟关闭和对进气压力或排气压力进行比例积分控制、输出占空比信号的方法来调节压缩机的流量。国内专利技术专利申请(申请公布号：CN103244399A)也采用了类似的进气阀延迟关闭和占空比控制原理。但是在实际应用中还存在以下缺陷：1)只对进气阀进行控制，没有提出对排气阀进行控制的方案；2)只提出进气阀的延迟关闭原理和实现办法，没有系统性的对压缩机进、排气阀的启闭正时提出总体的控制方案；3)没有通过控制气阀的启闭正时来减少进、排气阀的阀损所产生的额外功耗，其节能效果只能适应于部分需要回流调节的压缩机；4)由于气阀仍然采用了传统的中心固定螺栓、压叉式的气阀，结构复杂，由于结构限制和为了避免气阀延迟关闭时密封元件对阀座的冲击超出允许范围，这种进气阀升程只能做得尽可能小，通常只有1mm～1.2mm，从而又增大了节流损失。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：针对目前存在的问题，提供一种全面的系统性的活塞式压缩机气阀智能启闭的方法，为活塞式压缩机气阀引入正时启闭的概念，不仅能实现进、排气阀在止点位置及时关闭，在膨胀角和排气角到达时及时开启，减少气阀阀片的冲击和功耗，提高气阀的可靠性和经济性，且能根 据工艺系统的稳定需要、压缩机流量控制需要及时开启和关闭，总体提高压缩机的可靠性和经济性，为设计出一种普遍适用的节能型压缩机提供了原理方法和技术手段。本专利技术的技术解决方案是：一种用于活塞压缩机气阀智能启闭控制方法，包括以下步骤，且对于双作用气缸，以下描述以盖侧工作腔为例：S1：预先通过压缩机结构参数(包括连杆比λ)和工况参数(包括进、排气压力)计算获得气缸余隙腔内残余气体在进入吸气过程下降至进气压力时刻在外止点后的曲柄转角角度，此转角角度定义为膨胀角θ1；此角度设定为系统电控单元气阀启闭控制模块基本控制参数之一，并可以通过电控单元进行角度校正；S2：当活塞实际行程到达外止点后θ1角度，执行器接受来自电控单元气阀启闭控制模块的控制信号，对进气阀执行方案一：当采用压叉顶开气阀阀片，通过气阀压叉在θ1角度正时地（timing）顶开阀片，压缩机进入吸气过程，当活塞到达内止点，执行器接受来自电控单元气阀启闭控制模块的信号，通过气阀压叉正时地（timing）释放阀片，此时压叉与阀片脱离，阀片在关闭弹簧作用下复位，进气阀关闭；对进气阀执行方案二：当采用推杆式气阀，通过气阀推杆在θ1角度正时地（timing）推开阀片，压缩机进入吸气过程，当活塞到达内止点，执行器接受来自电控单元气阀启闭控制模块的信号，通过气阀推杆和中央弹簧正时地（timing）提升阀片，进气阀在止点位置及时关闭；S3：预先通过压缩机结构参数(包括连杆比λ)和工况参数(包括进、排气压力)计算获得气缸内气体经压缩达到排气压力时刻，所对应的外止点前的曲柄转角角度，此转角角度定义为排气角θ3；此角度设定为系统电控单元气阀启闭控制模块基本控制参数之一，并可以通过电控单元进行角度校正；S4：当活塞实际行程到达外止点前θ3角度时刻，执行器接受来自电控单元气阀启闭控制模块的信号，通过排气阀气阀推杆正时地(timing)提升阀片，阀片开启，压缩机进入排气过程，当活塞到达外止点，执行器接受来自电控单元气阀启闭控制模块的信号，通过气阀推杆在复位弹簧作用下立即关闭阀片，排气阀在止点位置及时关闭。以上步骤所述θ1角度(膨胀角)通过以下两个公式计算获得(令pi＝ps)公式一：pi=(s0xi+s0)mpd]]>xi=r[(1-conθ)+1λ(1-1-λ2sin2θ)]]]>公式二：式中：λ＝r/l 曲柄半径与连杆长度比。θ——曲轴转角。以上步骤所述θ3角度(排气角)通过以下两个公式计算获得(令pi＝pd)公式一：pi=(s+s0xi+s0)mps]]>xi=r[(1-conθ)+1λ(1-1-λ2sin2θ)]]]>公式二：式中：λ＝r/l 曲柄半径与连杆长度比。θ——曲轴转角。活塞压缩机气阀智能启闭控制方法包含电控单元控制模块，采用PI比例积分控制器，对进气压力和排气压力进行闭环控制，并根据工艺系统的需要对压缩机的排气量作出0％～100％连续调节。当采用气阀智能启闭系统用于工艺系统稳定压力的需要，对进气压力的闭环控制方案为：对于第一级气缸，以进气压力主控变量，对于多级压缩的压缩机同时以级间压力作为辅控变量；对排气压力的闭环控制方案为：对于第一级气缸，以末级排气压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于活塞压缩机气阀智能启闭控制方法，其特征在于，包括以下步骤，且对于双作用气缸，以下描述以盖侧工作腔为例：S1：预先通过压缩机结构参数(包括连杆比λ)和工况参数(包括进、排气压力)计算获得气缸余隙腔内残余气体在进入吸气过程下降至进气压力时刻在外止点后的曲柄转角角度，此转角角度定义为膨胀角θ1；此角度设定为系统电控单元气阀启闭控制模块基本控制参数之一，并可以通过电控单元进行角度校正；S2：当活塞实际行程到达外止点后θ1角度，执行器接受来自电控单元气阀启闭控制模块的控制信号，对进气阀执行方案一：当采用压叉顶开气阀阀片，通过气阀压叉在θ1角度正时地(timing)顶开阀片，压缩机进入吸气过程，当活塞到达内止点，执行器接受来自电控单元气阀启闭控制模块的信号，通过气阀压叉正时地(timing)释放阀片，此时压叉与阀片脱离，阀片在关闭弹簧作用下复位，进气阀关闭；对进气阀执行方案二：当采用推杆式气阀(如图一)，通过气阀推杆在θ1角度正时地(timing)推开阀片，压缩机进入吸气过程，当活塞到达内止点，执行器接受来自电控单元气阀启闭控制模块的信号，通过气阀推杆和中央弹簧正时地(timing)提升阀片，进气阀在止点位置及时关闭；S3：预先通过压缩机结构参数(包括连杆比λ)和工况参数(包括进、排气压力)计算获得气缸内气体经压缩达到排气压力时刻，所对应的外止点前的曲柄转角角度，此转角角度定义为排气角θ3；此角度设定为系统电控单元气阀启闭控制模块基本控制参数之一，并可以通过电控单元进行角度校正；S4：当活塞实际行程到达外止点前θ3角度时刻，执行器接受来自电控单元气阀启闭控制模块的信号，通过排气阀气阀推杆正时地(timing)提升阀片，阀片开启，压缩机进入排气过程，当活塞到达外止点，执行器接受来自电控单元气阀启闭控制模块的信号，通过气阀推杆在复位弹簧作用下立即关闭阀片，排气阀在止点位置及时关闭。...

【技术特征摘要】
1.一种用于活塞压缩机气阀智能启闭控制方法，其特征在于，包括以下步骤，且对于双作用气缸，以下描述以盖侧工作腔为例：S1：预先通过压缩机结构参数(包括连杆比λ)和工况参数(包括进、排气压力)计算获得气缸余隙腔内残余气体在进入吸气过程下降至进气压力时刻在外止点后的曲柄转角角度，此转角角度定义为膨胀角θ1；此角度设定为系统电控单元气阀启闭控制模块基本控制参数之一，并可以通过电控单元进行角度校正；S2：当活塞实际行程到达外止点后θ1角度，执行器接受来自电控单元气阀启闭控制模块的控制信号，对进气阀执行方案一：当采用压叉顶开气阀阀片，通过气阀压叉在θ1角度正时地(timing)顶开阀片，压缩机进入吸气过程，当活塞到达内止点，执行器接受来自电控单元气阀启闭控制模块的信号，通过气阀压叉正时地(timing)释放阀片，此时压叉与阀片脱离，阀片在关闭弹簧作用下复位，进气阀关闭；对进气阀执行方案二：当采用推杆式气阀(如图一)，通过气阀推杆在θ1角度正时地(timing)推开阀片，压缩机进入吸气过程，当活塞到达内止点，执行器接受来自电控单元气阀启闭控制模块的信号，通过气阀推杆和中央弹簧正时地(timing)提升阀片，进气阀在止点位置及时关闭；S3：预先通过压缩机结构参数(包括连杆比λ)和工况参数(包括进、排气压力)计算获得气缸内气体经压缩达到排气压力时刻，所对应的外止点前的曲柄转角角度，此转角角度定义为排气角θ3；此角度设定为系统电控单元气阀启闭控制模块基本控制参数之一，并可以通过电控单元进行角度校正；S4：当活塞实际行程到达外止点前θ3角度时刻，执行器接受来自电控单元气阀启闭控制模块的信号，通过排气阀气阀推杆正时地(timing)提升阀片，阀片开启，压缩机进入排气过程，当活塞到达外止点，执行器接受来自电控单元气阀启闭控制模块的信号，通过气阀推杆在复位弹簧作用下立即关闭阀片，排气阀在止点位置及时关闭。2.根据权利要求1所述的用于活塞压缩机气阀智能启闭控制方法，其特征在于，所述θ1角度(膨胀角)通过以下两个公式计算获得(令pi＝ps)公式一：pi=(s0xi+s0)mpd]]>xi=r[(1-conθ)+1λ(1-1-λ2sin2θ)]]]>公式二：式中：λ＝r/l曲柄半径与连杆长度比。θ——曲轴转角。3.根据权利要求1所述的用于活塞压缩机气阀智能启闭控制方法，其特征在于，所述θ3角度(排气角)通过以下两...

【专利技术属性】
技术研发人员：常海城，
申请(专利权)人：康茨上海压缩机技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31