一种液驱活塞压缩机示功图无损监测装置及方法制造方法及图纸

本申请公开了一种液驱活塞压缩机示功图无损监测装置及方法，涉及液驱活塞压缩机技术领域。方法包括：实时获取同一时刻的气缸端盖处的周向应变数据以及位于油腔与油泵之间的油路中油的瞬时流量数据；分别根据实时获取的周向应变数据和瞬时流量数据计算得到气缸内的实时动态压力和气缸的实时容积；同步截取一个压缩周期内的实时动态压力和气缸的实时容积，并对截取一个压缩周期内的实时动态压力和气缸的实时容积做无量纲化处理，得到压缩机运行过程中的示功图。本申请用于实时监测压缩机的运行状态。的运行状态。的运行状态。

【技术实现步骤摘要】
一种液驱活塞压缩机示功图无损监测装置及方法


[0001]本申请涉及液驱活塞压缩机
，尤其涉及一种液驱活塞压缩机示功图无损监测装置及方法。

技术介绍

[0002]液驱活塞压缩机是往复式压缩机的一种，与传统往复式压缩机由曲柄连杆机构带动活塞进行往复运动不同，其往复运动由液压系统驱动。液驱活塞压缩机是由液压系统将高压液压油交替注入油缸的两侧，推动油缸活塞往复运动，油缸活塞再带动活塞杆并且推动气缸活塞在气缸内进行往复运动。与传统的往复式压缩机相比，液驱活塞压缩机具有稳定性好、密封性好、占地面积小、振动小等特点，同时能够达到较大的压缩比，因此被广泛用于石油化工行业，用来压缩并输送一些易燃易爆以及有毒危险气体，随着氢能产业的发展，液驱活塞压缩机凭借其独特的优势已成为加氢站氢气压缩机的主力机型之一。液驱活塞氢气压缩机的稳定运行，提高其运行效率对于加氢站的运营至关重要。
[0003]液驱活塞氢气压缩机的设计压比大，最高排气压力可以达到90MPa。进排气压力、温度的合理控制、气阀的运行状态，活塞环的密封状态都与气缸内动态压力的变化息息相关。压缩机运行过程中气缸内压力曲线是判断压缩机运行状态最有效的方法，实时测量并显示压缩机的示功图也是液驱压缩机设计使用人员的迫切需要。因此对于液驱活塞压缩机，持续稳定的监控气缸内的示功图对于及时识别压缩机的故障状态、保持机组长时间的稳定运行、提高机组的运行效率具有重要的作用。要得到液驱活塞压缩机运行过程中的示功图，就要测量出压缩机内部的动态压力以及气缸实时容积。
[0004]现有液驱活塞压缩机动态压力的测量方法包括是压力传感器直接测量法，指的是在液驱活塞压缩机气缸表面打孔，将气缸内的动态压力引出，再利用压力传感器进行实时测量。这种方法虽然可以直接测量出气缸内动态压力，但是直接打孔对气缸强度容易造成不利影响。并且这种打孔法会增加气缸内部的余隙容积，使得排气过程结束后气缸内内部残留的高压气体增加，从而减少新鲜低压气体的吸入，会大大降低压缩机的效率。此外，因为液驱活塞压缩机的运行压比大，排气压力高，采用这种方法很容易在传感器安装处产生泄漏，会降低压缩机效率，如果压缩工质是易燃易爆或有毒气体，这种测量方式容易造成危险。对于活塞位移的测量，传统往复式压缩机采用计算法，即通过测量转速计算得到气缸内实时容积。但是液驱压缩机中没有曲柄连杆机构，这种方法不适用。初次之外，一般位移可以采用位移传感器测量，但是液驱活塞压缩机缸内压力极高，传统的位移传感器难以承受高压，并且难以解决安装传感器带来的泄漏问题。因此无法利用位移传感器直接测量活塞位移来求出容积。因此对于气缸动态容积的测量目前还没有较为实用的方法。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种液驱活塞压缩机示功图无损监测方法，通过测量端盖上应变片的应变并计算得到气缸内部的动态压力，通过流量计测量通过油腔进油和排油的实时变化，
计算得到油腔容积，从而得到液驱活塞压缩机气缸活塞的实时位移，再根据得到的动态压力和容积得到压缩机运行过程中的示功图，避免了在压缩机上进行打孔等操作，实现了无损测量压缩机气缸容积。
[0006]为达到上述目的，一方面，本申请提供了一种液驱活塞压缩机示功图无损监测方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：实时获取同一时刻的气缸端盖处的周向应变数据以及位于油腔与油泵之间的油路中油的瞬时流量数据；
[0008]步骤2：分别根据实时获取的所述周向应变数据和瞬时流量数据计算得到气缸内的实时动态压力和气缸的实时容积；
[0009]步骤3：同步截取一个压缩周期内的实时动态压力和气缸的实时容积，并对截取一个压缩周期内的实时动态压力和气缸的实时容积做无量纲化处理，得到压缩机运行过程中的示功图。
[0010]进一步地，所述步骤1还包括：获取压缩机油腔和气腔的几何参数；
[0011]步骤2具体包括：根据实时获取的所述周向应变数据利用气缸内气压与端盖应变的对应关系计算得到气缸内的实时动态压力；
[0012]根据实时获取的所述瞬时流量数据利用油腔内总油量的变化公式计算油腔进油和排油过程中的油腔内总油量，再根据计算得到的油腔进油和排油过程中的油腔内总油量、压缩机油腔和气腔的几何参数利用气腔容积公式计算得到气缸的实时容积；其中：
[0013]所述缸内气压与端盖应变的对应关系的表达式为：
[0014]p＝a1ε+a2ε2+a3ε3+...+a
n
ε
n
+b
[0015]式中，p为缸内压力，ε表示实施应变，a1‑
a
n
为对应阶次的拟合系数，b为多项式拟合的常数项；
[0016]所述油腔内总油量的变化公式和气腔容积公式的表达式分别为：
[0017]V
o
＝∫
t
qdt
[0018]V
g
＝V
o
/S
o
×
S
g
[0019]式中，q表示流量计输出的瞬时流量，t表示时间，V
g
表示气缸实时容积，V
o
油腔实时容积。S
o
表示油腔横截面圆环面积，S
g
表示气腔横截面圆面积。
[0020]进一步地，所述步骤2还包括：根据得到气缸内的实时动态压力和气缸的实时容积绘制气缸内压力变化曲线以及气缸容积变化曲线。
[0021]进一步地，所述步骤3具体包括：根据气缸容积变化曲线中的两个相邻最低点同步截取一个压缩周期内气缸内压力变化曲线以及气缸容积变化曲线，并且对曲线内的实时动态压力以及气缸的实时容积做无量纲化处理；然后以一个压缩周期内的气缸容积为横坐标，对应的气缸内压力为纵坐标，得到压缩机运行过程中的示功图。
[0022]另一方面，本申请还提供一种液驱活塞压缩机示功图无损监测装置，包括工作应变片、温度补偿应变片、应变测量电路、流量计、数据采集系统和计算机，其中：
[0023]所述工作应变片设置在气缸端盖上，温度补偿应变片设置在端盖螺栓的伸出端面上，所述温度补偿应变片用于对工作应变片进行温度补偿，所述工作应变片和温度补偿应变片均与应变测量电路连接；
[0024]所述应变测量电路能够实时测量温度补偿应变片和工作应变片的电阻变化，并输
出电压信号；
[0025]所述流量计设置在压缩机油腔以及油泵之间的油路中，用于实时测量油路中油的瞬时流量；
[0026]所述数据采集系统被配置为：实时采集电压信号和瞬时流量信号，将电压信号和瞬时流量信号转化为数字量输出给计算机；
[0027]所述计算机被配置为：实时获取电压数据和瞬时流量数据，并将电压数据转化为周向应变数据；
[0028]分别根据同一时刻的所述周向应变数据和瞬时流量数据计算得到气缸内的实时动态压力和气缸的实时容积；
[0029]同步截取一个压缩周期内的实时动态压力和气缸的实时容积，并对截取一个压缩周期内的实时动态压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液驱活塞压缩机示功图无损监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：实时获取同一时刻的气缸端盖处的周向应变数据以及位于油腔与油泵之间的油路中油的瞬时流量数据；步骤2：分别根据实时获取的所述周向应变数据和瞬时流量数据计算得到气缸内的实时动态压力和气缸的实时容积；步骤3：同步截取一个压缩周期内的实时动态压力和气缸的实时容积，并对截取一个压缩周期内的实时动态压力和气缸的实时容积做无量纲化处理，得到压缩机运行过程中的示功图。2.根据权利要求1所述的一种液驱活塞压缩机示功图无损监测方法，其特征在于，所述步骤1还包括：获取压缩机油腔和气腔的几何参数；步骤2具体包括：根据实时获取的所述周向应变数据利用气缸内气压与端盖应变的对应关系计算得到气缸内的实时动态压力；根据实时获取的所述瞬时流量数据利用油腔内总油量的变化公式计算油腔进油和排油过程中的油腔内总油量，再根据计算得到的油腔进油和排油过程中的油腔内总油量、压缩机油腔和气腔的几何参数利用气腔容积公式计算得到气缸的实时容积；其中：所述缸内气压与端盖应变的对应关系的表达式为：p＝a1ε+a2ε2+a3ε3+
…
+a
n
ε
n
+b式中，p为缸内压力，ε表示实时应变，a1‑
a
n
为对应阶次的拟合系数，b为多项式拟合的常数项；所述油腔内总油量的变化公式和气腔容积公式的表达式分别为：V
o
＝∫
t
qdtV
g
＝V
o
/S
o
×
S
g
式中，q表示流量计输出的瞬时流量，t表示时间，V
g
表示气缸实时容积，V
o
油腔实时容积，S
o
表示油腔横截面圆环面积，S
g
表示气腔横截面圆面积。3.根据权利要求2所述的一种液驱活塞压缩机示功图无损监测方法，其特征在于，所述步骤2还包括：根据得到的气缸内的实时动态压力和气缸的实时容积绘制气缸内压力变化曲线以及气缸容积变化曲线。4.根据权利要求3所述的一种液驱活塞压缩机示功图无损监测方法，其特征在于，所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭学院，任鹏，李佐良，计泽灏，罗鸿业，贾晓晗，
申请(专利权)人：四川大川压缩机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：