專利名稱：一種基于時(shí)間控制頂開活塞壓縮機(jī)進(jìn)氣閥的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于時(shí)間控制頂開活塞壓縮機(jī)進(jìn)氣閥的裝置。
背景技術(shù)：
活塞壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于煉油、天然氣輸送等高壓比、壓縮介質(zhì)為小分子的場(chǎng)合。應(yīng)用于流程生產(chǎn)工藝過程中的活塞壓縮機(jī)一般具有大型、高壓、耗電量大、售價(jià)高的特點(diǎn)。對(duì)于一臺(tái)固定壓縮機(jī)其額定排氣量是不變的，所以在非恒定工況的活塞壓縮機(jī)中配備氣量調(diào)節(jié)裝置必不可少。頂開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)以其調(diào)節(jié)范圍大、能耗小、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。
圖1為頂開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)排氣量的原理性指示功圖，圖中1-2-3-4是活塞式壓縮機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的示功圖，1-5-6-3-4是頂開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)氣量時(shí)的示功圖?？梢钥闯鲈诰邆錃饬空{(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓縮機(jī)工作循環(huán)中增加了一個(gè)缸內(nèi)氣體向進(jìn)氣管路逆向流動(dòng)的過程，可稱為回流過程。它使示功圖中的壓縮過程線平移、排氣過程線縮短。于是隨排氣量減少，指示功也相應(yīng)減少，達(dá)到了節(jié)氣并節(jié)能的目的。
基于時(shí)間控制在部分行程頂開進(jìn)氣閥活塞壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)裝置已有公示，例如，在美國專利文獻(xiàn)US5833209A中公開的裝置。在此專利報(bào)道中的裝置，是通過一只高頻液壓開關(guān)閥來產(chǎn)生液體壓力脈沖，并把高頻液壓開關(guān)閥及其控制元件和進(jìn)氣閥頂開機(jī)構(gòu)集成在一起組成一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。大型壓縮機(jī)是不間斷運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速一般在330轉(zhuǎn)/分左右，采用高頻液壓開關(guān)閥，一年內(nèi)的開關(guān)動(dòng)作次數(shù)高達(dá)1.7×108次，對(duì)材料的疲勞壽命提出了很高的要求。而且采用這種裝置，在每個(gè)進(jìn)氣閥上都需安裝一套這樣的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，投資巨大，維護(hù)費(fèi)用高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于時(shí)間控制頂開活塞壓縮機(jī)進(jìn)氣閥的裝置(或稱為油壓分配器)。能夠在壓縮機(jī)壓縮行程開始時(shí)刻提供頂開進(jìn)氣閥的液壓力并能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)卸除，從而滿足壓縮機(jī)排氣量在10～100％范圍內(nèi)無級(jí)可調(diào)的要求，使其功耗隨排氣量降低而成比例下降。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括外套筒，內(nèi)套筒，中間旋轉(zhuǎn)軸和兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)；內(nèi)裝有中間旋轉(zhuǎn)軸的內(nèi)套筒與外套筒形成滑動(dòng)配合；中間旋轉(zhuǎn)軸的中部開有卸壓區(qū)和油壓作用區(qū)；內(nèi)套筒和外套筒之間裝有導(dǎo)向鍵；步進(jìn)電機(jī)通過連接套與內(nèi)套筒開口端的中間旋轉(zhuǎn)軸相連，另一步進(jìn)電機(jī)通過絲桿與內(nèi)套筒另一端相連；油通過外套筒進(jìn)油口經(jīng)內(nèi)套筒環(huán)形油槽，內(nèi)套筒油孔，中間旋轉(zhuǎn)軸環(huán)形油槽，中間旋轉(zhuǎn)軸徑向流道，軸向流道，徑向流道，到達(dá)中間套筒的油壓作用區(qū)；內(nèi)套筒油孔對(duì)準(zhǔn)油壓作用區(qū)時(shí)，油經(jīng)內(nèi)套筒軸向油槽，經(jīng)外套筒出油口流出本裝置流向壓縮機(jī)進(jìn)氣閥卸荷器油缸，內(nèi)套筒油孔對(duì)準(zhǔn)卸壓區(qū)時(shí)，從進(jìn)氣閥卸荷器油缸回來的油經(jīng)外套筒出油口，內(nèi)套筒軸向油槽，內(nèi)套筒油孔到達(dá)卸壓區(qū)，再經(jīng)卸壓區(qū)油孔，中間旋轉(zhuǎn)軸兩流道，端蓋回油孔到達(dá)油箱。
所述的中間旋轉(zhuǎn)軸中部表面開有兩組直角三角形油壓作用區(qū)和三角形斜邊平行在斜邊一側(cè)的平行四邊形卸壓區(qū)，在卸荷區(qū)上開有油孔，同時(shí)，在油壓作用區(qū)上開有油孔。
本發(fā)明具有的有益效果是該裝置使活塞壓縮機(jī)排氣量在10～100％范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)連續(xù)的調(diào)節(jié)。由于一個(gè)油壓分配器可以同時(shí)控制多個(gè)壓縮機(jī)進(jìn)氣閥，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)排氣量無級(jí)調(diào)節(jié)成本低。由于油壓分配器采用純機(jī)械結(jié)構(gòu)的形式，沒有采用復(fù)雜的電控設(shè)備和高頻液壓閥，使得系統(tǒng)在壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中具有很高的可靠性和穩(wěn)定性。


圖1是部分行程頂開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)示功圖，圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖3是本發(fā)明的中間旋轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖4是本發(fā)明的調(diào)節(jié)位置示意圖；圖5是本發(fā)明用在壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖；圖6本發(fā)明輸出的壓力脈沖圖。
圖中7、步進(jìn)電機(jī)，8、可調(diào)螺母，9、絲桿，10、外套筒，11、壓蓋，12、外套筒進(jìn)油口，13、內(nèi)套筒環(huán)狀油槽，14、內(nèi)套筒，15、導(dǎo)向鍵，16、端蓋，17、軸承，18、連接套，19、步進(jìn)電機(jī)，20、支座，21、端蓋，22、支座，23、中間旋轉(zhuǎn)軸，24、環(huán)形油槽，25、油孔，26、外套筒出油口，27、軸向油槽，28、油孔，29、分配器回流腔，30、回油孔，31、流道，32、流道，33、流道，34、流道，35、支座，36、流道，37、流道，38、軸承，39、卸壓區(qū)，40、油孔，41、油孔，42、油壓作用區(qū)，43、步進(jìn)電機(jī)控制器和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，44、卸荷器油缸，45、壓叉，46、氣缸，47、飛輪，48、編碼器，49、壓力傳感器，50、油壓分配器，51、位移傳感器，52、液壓油站。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
如圖2所示，本發(fā)明包括裝在支座22上的外套筒10，內(nèi)套筒14，中間旋轉(zhuǎn)軸23和兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)；內(nèi)裝有中間旋轉(zhuǎn)軸23的內(nèi)套筒14與外套筒10形成滑動(dòng)配合；中間旋轉(zhuǎn)軸23的中部開有卸壓區(qū)39和油壓作用區(qū)42；內(nèi)套筒14和外套筒10之間裝有導(dǎo)向鍵15；步進(jìn)電機(jī)19通過連接套18、與內(nèi)套筒開口端的中間旋轉(zhuǎn)軸23相連，步進(jìn)電機(jī)裝于支座35上，中間軸23右端由軸承17和端蓋16支撐，另一步進(jìn)電機(jī)7通過絲桿9與內(nèi)套筒另一端相連，步進(jìn)電機(jī)7裝在支座20上，絲桿9由軸承38和端蓋21支撐；油通過外套筒進(jìn)油口12經(jīng)內(nèi)套筒環(huán)形油槽13，內(nèi)套筒油孔25，中間旋轉(zhuǎn)軸環(huán)形油槽24，中間旋轉(zhuǎn)軸徑向流道31，軸向流道36，徑向流道37，到達(dá)中間套筒的油壓作用區(qū)42；內(nèi)套筒油孔28對(duì)準(zhǔn)油壓作用區(qū)42時(shí)，油經(jīng)內(nèi)套筒軸向油槽27，經(jīng)外套筒出油口26流出本裝置流向壓縮機(jī)進(jìn)氣閥卸荷器油缸44，內(nèi)套筒油孔28對(duì)準(zhǔn)卸壓區(qū)39時(shí)，從進(jìn)氣閥卸荷器油缸回來的油經(jīng)外套出油口26，內(nèi)套筒軸向油槽27，內(nèi)套筒油孔28到達(dá)卸壓區(qū)39，再經(jīng)卸壓區(qū)油孔40，中間旋轉(zhuǎn)軸兩流道33、34，端蓋回油孔30到達(dá)油箱。
所述的中間旋轉(zhuǎn)軸中部表面開有兩組直角三角形油壓作用區(qū)42和三角形斜邊平行在斜邊一側(cè)的平行四邊形卸壓區(qū)39，在卸荷區(qū)上開有油孔40，同時(shí)，在油壓作用區(qū)上開有油孔41。
如圖2所示，來自供油系統(tǒng)的連續(xù)壓力油從外套筒進(jìn)油口12經(jīng)油壓分配器，再從外套筒出油口26輸出壓力脈沖油。中間旋轉(zhuǎn)軸23由步進(jìn)電機(jī)19驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，內(nèi)套筒14由步進(jìn)電機(jī)7帶動(dòng)只能在軸向移動(dòng)，外套筒10固定。當(dāng)布置于內(nèi)套筒14的油孔28對(duì)準(zhǔn)油壓作用區(qū)42時(shí)，從油壓分配器輸出的壓力油作用于卸荷器中的油缸活塞，進(jìn)而推動(dòng)壓叉頂開進(jìn)氣閥。當(dāng)油孔28與卸壓區(qū)39相通時(shí)從卸荷器回流過來的壓力油則通過卸壓區(qū)的流道經(jīng)分配器的回流腔最后返回到油站。
內(nèi)套筒14和外套筒10之間裝有導(dǎo)向鍵15，使得內(nèi)套筒只能在軸向移動(dòng)而不會(huì)有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)7通過可調(diào)螺母8、絲桿9和壓蓋11與內(nèi)套筒相連，壓蓋11使得絲桿9和內(nèi)套筒相聯(lián)，除兩者間有間隙外保證無相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)和左右位移。由于內(nèi)套筒已被導(dǎo)向鍵15限制了相對(duì)于外套筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)7旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)相對(duì)于絲桿9可旋轉(zhuǎn)的可調(diào)螺母8一起旋轉(zhuǎn)。因可調(diào)螺母和絲桿為螺紋連接，最終，步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)使絲桿帶動(dòng)內(nèi)套筒14相對(duì)于外套筒10和中間旋轉(zhuǎn)軸23進(jìn)行左右移動(dòng)。
如圖3所示，在旋轉(zhuǎn)軸表面設(shè)計(jì)的油壓作用區(qū)42形狀為一個(gè)直角三角形，直角三角形的軸向直邊在旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)在時(shí)間上對(duì)應(yīng)于活塞的壓縮行程開始時(shí)刻，從經(jīng)過內(nèi)套筒上的出油口的次序來看，以油壓作用區(qū)的直邊在先斜邊在后的方向?yàn)樾D(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向。旋轉(zhuǎn)軸在周向布置兩組對(duì)稱的油壓作用區(qū)和卸壓區(qū)，一方面使油壓作用區(qū)的油壓對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的徑向作用力平衡，另一方面使一個(gè)油壓分配器可以提供頂開雙作用壓縮機(jī)氣缸兩側(cè)進(jìn)氣閥的壓力脈沖。
結(jié)合圖2和圖3，來自供油系統(tǒng)的連續(xù)壓力油由進(jìn)油口12進(jìn)入油壓分配器，經(jīng)過內(nèi)套筒環(huán)狀油槽13，通過油孔25到旋轉(zhuǎn)軸上的環(huán)狀油槽24，通過旋轉(zhuǎn)軸上的油孔35經(jīng)旋轉(zhuǎn)軸軸芯的孔36，最后經(jīng)油孔37與旋轉(zhuǎn)軸上對(duì)稱分布的油壓作用區(qū)42相連。這樣的設(shè)計(jì)可以保證油壓對(duì)內(nèi)套筒和旋轉(zhuǎn)軸的徑向力平衡，同時(shí)對(duì)旋轉(zhuǎn)軸起到支撐的作用。環(huán)形油槽13和24的軸向長度應(yīng)保證在內(nèi)套筒軸向移動(dòng)過程中油孔25始終能夠連通環(huán)形油槽13和24。在旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，當(dāng)內(nèi)套筒油孔28和加壓區(qū)42相連時(shí)，高壓油經(jīng)油槽27、外套筒出油口26加壓到卸荷器，通過壓叉頂開至少一個(gè)進(jìn)氣閥閥片，使氣體回流。隨著旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)內(nèi)套筒油孔28和卸壓區(qū)40相連時(shí)卸荷器液壓缸中的液壓油則經(jīng)外套筒出油口26、軸向油槽27、油孔28反向流到卸壓區(qū)，經(jīng)卸壓區(qū)油孔40，流道32、流道33、流道34到分配器回流腔29，液壓油再經(jīng)回油口30返回到油站，完成一個(gè)循環(huán)。
步進(jìn)電機(jī)7控制內(nèi)套筒相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的軸向位置，即調(diào)節(jié)內(nèi)套筒油孔28相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸上加壓區(qū)42和卸壓區(qū)39的位置，從而改變液壓作用時(shí)間的長短。如圖2所示的內(nèi)套筒與旋轉(zhuǎn)軸的相對(duì)位置，即內(nèi)套筒油孔28對(duì)應(yīng)于加壓區(qū)最長周向長度時(shí)，相當(dāng)于在壓縮機(jī)整個(gè)壓縮行程進(jìn)氣閥都被頂開，壓縮機(jī)以空負(fù)荷運(yùn)行；而如圖4所示的位置，內(nèi)套筒油孔28對(duì)應(yīng)加壓區(qū)長度最短的位置時(shí)，此時(shí)油壓分配器輸出最短的油壓持續(xù)時(shí)間(進(jìn)氣閥頂開時(shí)間接近為零)，壓縮機(jī)接近滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的情況。
如圖5所示，表示應(yīng)用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)往復(fù)壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)的系統(tǒng)圖。液壓油站52提供一壓力恒定可調(diào)的壓力油到油壓分配器50中，分配器通過兩端步進(jìn)電機(jī)7、19的帶動(dòng)在一個(gè)壓縮機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)輸出持續(xù)時(shí)間可調(diào)的方波壓力脈沖。用壓力傳感器49可以獲得分配器出口的壓力大小，如圖6所示。壓力脈沖周期間斷地作用于卸荷器油缸44，推動(dòng)壓叉45在壓縮機(jī)壓縮行程開始前頂開至少一個(gè)進(jìn)氣閥閥片，活塞反行程運(yùn)動(dòng)推動(dòng)氣缸46內(nèi)部分氣體回流到進(jìn)氣腔中。步進(jìn)電機(jī)19的起始位置確定和轉(zhuǎn)速同步的信號(hào)由與壓縮機(jī)曲軸相連的飛輪47頂端的編碼器48提供，同時(shí)油壓分配器的中間軸位置由位移傳感器51信號(hào)確定。在油壓分配器卸除液壓油壓力后，受氣缸內(nèi)壓縮氣體和壓叉內(nèi)彈簧力的推動(dòng)，進(jìn)氣閥片關(guān)閉，缸內(nèi)氣體開始?jí)嚎s；卸荷器油缸內(nèi)的高壓油經(jīng)回流管路到分配器，最后回流到液壓油站中。步進(jìn)電機(jī)控制器和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(或者外接DCS系統(tǒng))43實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，通過調(diào)整計(jì)算機(jī)(或者DCS)的控制策略可很方便的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制優(yōu)化。另外，由于油壓分配器采用純機(jī)械形式的油壓分配器50，沒有采用復(fù)雜的電控設(shè)備和高頻液壓閥，使得系統(tǒng)在運(yùn)行過程中具有更高的可靠性和穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種基于時(shí)間控制頂開活塞壓縮機(jī)進(jìn)氣閥的裝置，其特征在于包括外套筒(10)，內(nèi)套筒(14)，中間旋轉(zhuǎn)軸(23)和兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)；內(nèi)裝有中間旋轉(zhuǎn)軸(23)的內(nèi)套筒(14)與外套筒(10)形成滑動(dòng)配合；中間旋轉(zhuǎn)軸(23)的中部開有卸壓區(qū)(39)和油壓作用區(qū)(42)；內(nèi)套筒(14)和外套筒(10)之間裝有導(dǎo)向鍵(15)；步進(jìn)電機(jī)(19)通過連接套(18)與內(nèi)套筒開口端的中間旋轉(zhuǎn)軸(23)相連，另一步進(jìn)電機(jī)(7)通過絲桿(9)與內(nèi)套筒另一端相連；油通過外套筒進(jìn)油口(12)經(jīng)內(nèi)套筒環(huán)形油槽(13)，內(nèi)套筒油孔(25)，中間旋轉(zhuǎn)軸環(huán)形油槽(24)，中間旋轉(zhuǎn)軸徑向流道(31)，軸向流道(36)，徑向流道(37)，到達(dá)中間套筒的油壓作用區(qū)(42)；內(nèi)套筒油孔(28)對(duì)準(zhǔn)油壓作用區(qū)(42)時(shí)，油經(jīng)內(nèi)套筒軸向油槽(27)，經(jīng)外套筒出油口(26)流出本裝置流向壓縮機(jī)進(jìn)氣閥卸荷器油缸(44)，內(nèi)套筒油孔(28)對(duì)準(zhǔn)卸壓區(qū)(39)時(shí)，從進(jìn)氣閥卸荷器油缸回來的油經(jīng)外套筒出油口(26)，內(nèi)套筒軸向油槽(27)，內(nèi)套筒油孔(28)到達(dá)卸壓區(qū)(39)，再經(jīng)卸壓區(qū)油孔(40)，中間旋轉(zhuǎn)軸兩流道(33、34)，端蓋回油孔(30)到達(dá)油箱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)間控制頂開活塞壓縮機(jī)進(jìn)氣閥的裝置，其特征在于所述的中間旋轉(zhuǎn)軸中部表面開有兩組直角三角形油壓作用區(qū)(42)和三角形斜邊平行在斜邊一側(cè)的平行四邊形卸壓區(qū)(39)，在卸荷區(qū)上開有油孔(40)，同時(shí)，在油壓作用區(qū)上開有油孔(41)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于時(shí)間控制頂開活塞壓縮機(jī)進(jìn)氣閥的裝置。此裝置主要由外套筒，內(nèi)套筒和中間旋轉(zhuǎn)軸組成。來自供油系統(tǒng)的連續(xù)壓力油從進(jìn)油口進(jìn)入，經(jīng)油壓分配器調(diào)節(jié)后成為壓力脈沖油，并從出油口輸出。通過內(nèi)套筒在軸向的移動(dòng)，改變出油口對(duì)應(yīng)于油壓作用區(qū)的不同位置實(shí)現(xiàn)不同的液壓作用時(shí)間，改變進(jìn)氣閥的頂開持續(xù)時(shí)間。頂開時(shí)間越長，氣缸內(nèi)氣體回流越多，實(shí)際被壓縮的氣體量越少，從而達(dá)到改變壓縮機(jī)排氣量的目的。內(nèi)套筒出油孔對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)軸油壓作用區(qū)的具體位置由壓縮機(jī)需要調(diào)節(jié)的排氣量來決定。該裝置使活塞壓縮機(jī)排氣量在10～100％范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)連續(xù)的調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)F04B49/22GK1987098SQ20061015539
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者洪偉榮, 吳榮仁, 金江明 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)