本发明专利技术公开一种实现压缩机气量无级调节的方法及系统，该系统包括压缩机运动系统、伺服驱动系统和控制系统，所述压缩机运动系统、伺服驱动系统分别与控制系统连接；所述伺服驱动系统用于驱动压缩机进气阀的强制开启与关闭；所述控制系统实时处理压缩机运行过程中的状态数据，并给伺服驱动系统发出控制指令，所述伺服驱动系统根据控制指令控制进气阀开启与关闭的时间，从而实现压缩机的排气量在0～100％范围内无极调节，实现了压缩机的节能环保运行。
A method and system to realize stepless regulation of compressor gas volume
【技术实现步骤摘要】
一种实现压缩机气量无级调节的方法及系统
本专利技术涉及压缩机气量调节
，具体涉及一种实现压缩机气量无级调节的方法及系统；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。
技术介绍
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；调节系统力求简单可靠，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系统的冲击，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，故只能实现问断调节(如0-50％-100％)。因此，亟需一种能实现压缩机气量无级调节的方法及系统，使得压缩机的气量可以在0-100％范围内无极调节。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种实现压缩机气量无级调节的方法及系统，能实现压缩机排气量从0～100％范围内无级调节。气量无级调节的原理为，当下级气量消耗低于压缩机气量输出时，输出压力增大，在C到Cr的压缩过程中，强制进气阀打开，多余的气量在内外压差作用下通过进气阀回流到进气管中，然后再关闭进气阀，使这部分气量不经压缩而重新回流到进气总管中。通过控制回流过程时间的长短即Cr的位置，使压缩机在一个工作循环周期中只压缩实际生产需要的气量，所消耗的功率相应减少，实现了压缩机的节能环保运行。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种实现压缩机气量无级调节的方法，包括以下步骤：计算满负荷下压缩机实际进气体积；设定气缸顶的位置为O点，活塞上止点位置为A点，气缸刚开始吸气时活塞的位置为B点，活塞下止点位置为C点，气缸刚开始压缩时活塞的位置为Cr点，气缸刚开始排气时活塞的位置为D点；设定压缩机余隙与行程之比为a，余隙长度OA＝2ar，r为曲轴半径；压缩比为b＝P2/P1，P1为进气压力，P2为排气压力；活塞位于A点时气缸内气体压强为P2，活塞位于B点时气缸内气体压强为P1；由于膨胀过程中活塞运动到B点后才开始吸气，因此AB为压缩机循环过程中的无效膨胀行程，则压缩机的实际进气行程为AC-AB＝BC；根据克拉伯龙方程PV＝nRT可知，恒温下气体膨胀后的体积与压力成反比，则有：P2/P1＝OB/OA，OB＝2abr；无效膨胀行程为：AB＝OB-OA＝2abr-2ar＝2ar(b-1)实际进气体积V1为：V1＝S×BC＝S×(AC-AB)＝S×(2r-2ar(b-1))(1)其中，S为活塞截面积；计算压缩机实际排气体积；由于活塞从C点运动到Cr点的过程中，进气阀都处于强制开启状态，因此，CCr为无效压缩行程，压缩过程中从进气阀溢出的气体体积为V2＝S×CCr，则实际排出的气体体积为V3＝V1-V2；根据流量负荷计算时间负荷；设流量负荷为f，0≤f≤1，流量负荷f为从排气阀排除的气体体积与从进气阀吸入气体的体积之比，即f＝V3/V1；无效压缩行程为：CCr＝V2/S＝(V1-V3)/S＝V1(1-f)/S实际压缩行程为：ACr＝AC-CCr＝2r-(2r-2ar(b-1))(1-f)＝2rf+2ar(b-1)(1-f)(2)根据活塞位移换算公式，可得活塞顶部到上止点的距离x与曲轴旋转的角度θ的关系为：其中，r为曲轴半径，λ＝r/l，l为连杆长度；结合式3与式2可得：式4中，曲轴半径r、连杆长度l、余隙a、压缩比b均已知，即可根据设定的流量负荷f计算得到曲轴旋转角度θ，进而得到时间负荷t＝θ/π；伺服驱动系统再根据时间负荷控制压缩机进气阀强制开启的时间，从而实现压缩机排气量的无级调节。与上述气量无级调节方法相对应的，本专利技术还提供了一种实现压缩机气量无级调节的系统，包括压缩机运动系统、伺服驱动系统和控制系统，所述压缩机运动系统、伺服驱动系统分别与控制系统连接；所述伺服驱动系统用于驱动压缩机进气阀的强制开启与关闭；所述控制系统实时处理压缩机运行过程中的状态数据，并给伺服驱动系统发出控制指令，所述伺服驱动系统根据控制指令控制进气阀开启与关闭的时间，从而实现压缩机排气量的无级调节；所述伺服驱动系统包括：液压缸、电磁阀、单向阀、液压油站，所述液压油站用于向液压缸供油；所述电磁阀用于控制液压缸进油油路的通断；所述液压缸内的高压柱塞通过顶杆与压缩机的进气阀连接；通过液压油站和电磁阀控制高压柱塞的动作，进而通过顶杆控制带有卸荷器的进气阀的开启和关闭；所述控制系统包括上位机和下位机，所述上位机采用触摸屏进行策略控制和行为控制，对压缩机的状态数据进行监控，对伺服驱动系统的动作进行控制；所述下位机采用PLC控制器，所述PLC控制器分别与触摸屏、压缩机和伺服驱动系统连接。具体地，所述液压油站至少包括油箱、油泵和油压传感器；所述油压传感器与PLC控制器连接。具体地，所述压缩机内设有止点传感器，所述止点传感器通过检测曲轴旋转的角度获取活塞在气缸内部的位置信息；所述止点传感器与控制系统连接。具体地，所述压缩机内设有气压传感器，用于检测气缸内气体的压力数据；所述气压传感器与控制系统连接。具体地，所述控制系统具有自动模式和手动模式两种控制模式；在自动模式下，控制系统在预先设定好的气量范围内自动进行气量的无级调节；在手动模式下，控制系统根据操作员在气量范围内设定的数值，计算进气阀强制开启的时间负荷，通过伺服驱动系统对压缩机的气量进行无级调节。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术根据下级耗气量设定压缩机的负荷比，通过控制系统实时监测压缩机的状态数据，并根据状态数据及设定的负荷比控制伺服驱动系统动作，进而控制压缩机进气阀强制开启的时间，从而实现压缩机的排气量在0～100％范围内无极调节，实现了压缩机的节能环保运行。附图说明图1为本专利技术中伺服驱动系统的结构示意图；图2为本专利技术中压缩机循环工作一个周期的结构示意图；图3为本专利技术中控制系统与压缩机、伺服驱动系统的连接结构示意框图；图4为本专利技术中一种实现压缩机气量无级调节的方法流程示意图；图5为本专利技术实施例中温度检测程序示意图；图6为本专利技术实施例中PID调节程序示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种实现压缩机气量无级调节的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n计算满负荷下压缩机实际进气体积；/n设定气缸顶的位置为O点，活塞上止点位置为A点，气缸刚开始吸气时活塞的位置为B点，活塞下止点位置为C点，气缸刚开始压缩时活塞的位置为Cr点，气缸刚开始排气时活塞的位置为D点；/n设定压缩机余隙与行程之比为a，余隙长度OA＝2ar，r为曲轴半径；压缩比为b＝P
【技术特征摘要】
1.一种实现压缩机气量无级调节的方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算满负荷下压缩机实际进气体积；
设定气缸顶的位置为O点，活塞上止点位置为A点，气缸刚开始吸气时活塞的位置为B点，活塞下止点位置为C点，气缸刚开始压缩时活塞的位置为Cr点，气缸刚开始排气时活塞的位置为D点；
设定压缩机余隙与行程之比为a，余隙长度OA＝2ar，r为曲轴半径；压缩比为b＝P2/P1，P1为进气压力，P2为排气压力；活塞位于A点时气缸内气体压强为P2，活塞位于B点时气缸内气体压强为P1；由于膨胀过程中活塞运动到B点后才开始吸气，因此AB为压缩机循环过程中的无效膨胀行程，则压缩机的实际进气行程为AC-AB＝BC；
根据克拉伯龙方程PV＝nRT可知，恒温下气体膨胀后的体积与压力成反比，则有：
P2/P1＝OB/OA，OB＝2abr；
无效膨胀行程为：
AB＝OB-OA＝2abr-2ar＝2ar(b-1)
实际进气体积V1为：
V1＝S×BC＝S×(AC-AB)＝S×(2r-2ar(b-1))(1)
其中，S为活塞截面积；
计算压缩机实际排气体积；
由于活塞从C点运动到Cr点的过程中，进气阀都处于强制开启状态，因此，CCr为无效压缩行程，压缩过程中从进气阀溢出的气体体积为V2＝S×CCr，则实际排出的气体体积为V3＝V1-V2；
根据流量负荷计算时间负荷；
设流量负荷为f，0≤f≤1，流量负荷f为从排气阀排除的气体体积与从进气阀吸入气体的体积之比，即f＝V3/V1；
无效压缩行程为：
CCr＝V2/S＝(V1-V3)/S＝V1(1-f)/S
实际压缩行程为：
ACr＝AC-CCr＝2r-(2r-2ar(b-1))(1-f)＝2rf+2ar(b-1)(1-f)(2)
根据活塞位移换算公式，可得活塞顶部到上止点的距离x与曲轴旋转的角度θ的关系为：
其中，r为曲轴半径，λ＝r/l，l为连杆长度；
结合式3与式2可得：
式4中，曲轴半径r、连杆长度l、余隙a、压缩比b均已知，即可根据设定的流量负荷f计算得到曲轴旋转角度θ，进而得到时间负荷t＝θ/π；伺服驱...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴何畏，郑元一，傅务谨，叶进，夏铭，吴限好，詹迎晟，
申请(专利权)人：湖北文理学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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