專利名稱：一種往復(fù)活塞壓縮機(jī)排氣量無級調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流量調(diào)節(jié)方法，特別涉及一種往復(fù)活塞壓縮機(jī)排氣量的調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
往復(fù)活塞壓縮機(jī)(以下簡稱壓縮機(jī))被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與日常生活中，是國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門尤其是石油化工等流程工業(yè)中必不可少的關(guān)鍵設(shè)備之一。壓縮機(jī)的額定排氣量在正常操作條件下容積流量基本保持不變， 一般是按工藝要求的最大流量進(jìn)行設(shè)計(jì)或選型的，排氣 量都有一定的富余。另一方面，在實(shí)際使用中，進(jìn)氣壓力、溫度、介 質(zhì)組分等耗氣設(shè)備工況的變化、生產(chǎn)條件的改變以及市場需求的變化 等是經(jīng)常發(fā)生的，導(dǎo)致用戶對氣體的耗用量也是不斷變化的，這就需 要對壓縮機(jī)排氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)以適應(yīng)不斷變化的要求。目前生產(chǎn)中應(yīng)用 最多的調(diào)節(jié)方法包括壓縮機(jī)起停調(diào)節(jié)(包括單機(jī)間斷運(yùn)行、多機(jī)并聯(lián) 后備運(yùn)行)、管路調(diào)節(jié)(包括進(jìn)氣節(jié)流、切斷進(jìn)氣、旁路節(jié)流)和余 隙容積調(diào)節(jié)等。其普遍的缺點(diǎn)是浪費(fèi)的能量過高，調(diào)節(jié)的精度也不高， 而且對壓縮機(jī)甚至對電力網(wǎng)的正常運(yùn)行存在著不利影響。隨著生產(chǎn)工 藝的不斷改進(jìn)和能源形勢的日益緊張，這些傳統(tǒng)方法已經(jīng)嚴(yán)重落后了。
通過壓開吸氣閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的方法因節(jié)能效果明顯而引起極大關(guān)注，它包括部分行程壓開吸氣閥和全行程壓開吸氣閥。部分行程
壓開吸氣闊是通過特定裝置使吸氣閥延時(shí)關(guān)閉，讓一部分氣體在壓縮 前回流到進(jìn)氣腔，延時(shí)的長短根據(jù)需要的流量計(jì)算得出，從而在減少 排氣量的同時(shí)降低功耗。這可通過主動(dòng)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，如專利
EP-A-0893605中所公開的電液控制技術(shù)驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)的壓叉將吸氣 閥壓開，排氣量可調(diào)至10%。專利US-A-5695325則公開了另一種系 統(tǒng)，它是通過特定裝置在進(jìn)氣閥和其閥座之間往復(fù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn) 的，同樣可以在某一需要的時(shí)刻使進(jìn)氣閥關(guān)閉。另一方面，浙江大學(xué) 化機(jī)研究所研制了被動(dòng)式氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)(《往復(fù)壓縮機(jī)壓開吸氣閥氣量調(diào)節(jié)的理論與實(shí)驗(yàn)研究》，浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006年)，依 靠液壓分配器和可調(diào)回流閥，排氣量可調(diào)至50%。無論采用被動(dòng)式還 是主動(dòng)式、直線運(yùn)動(dòng)還是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，關(guān)鍵是每個(gè)工作循環(huán)內(nèi)進(jìn)氣閥關(guān) 閉時(shí)刻的快速、精確計(jì)算和控制。若壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速1000r/min，每個(gè)行 程只有33ms，壓叉必須在比這更短的時(shí)間內(nèi)將完成吸氣閥片壓下一 保持一釋放，這樣一來對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度和壽命提出了極高的要 求。吸氣閥在每轉(zhuǎn)中都必須延遲關(guān)閉，造成吸氣閥動(dòng)作頻繁，很容易 損壞，降低了氣閥的壽命，而且氣閥噪聲大。對于被動(dòng)式關(guān)閉的方案， 由于其特性較軟，氣體回流到進(jìn)氣腔時(shí)的流道阻力變大，實(shí)際可調(diào)流 量下限無法做得很低，且會增加額外的功耗。
另一種方法是全行程壓開吸氣閥的調(diào)節(jié)，在整個(gè)排氣行程中吸氣 閥始終被強(qiáng)制壓開。由于僅需提供壓開吸氣閥的作用力，功耗進(jìn)一步 降低。但目前的全行程壓開技術(shù)是基于開關(guān)控制策略，即當(dāng)排氣緩沖 罐內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定的上限值時(shí)，利用某種機(jī)構(gòu)壓開吸氣閥、壓縮機(jī)空
載運(yùn)行；當(dāng)壓力下降到設(shè)定的下限值時(shí)，釋放吸氣閥，壓縮機(jī)加載運(yùn)
行；如此反復(fù)執(zhí)行。采用這種方式只能提供階躍式的調(diào)節(jié)，如對單列 雙作用或雙列單作用氣缸，可實(shí)現(xiàn)0、 50%、 100%三檔流量調(diào)節(jié)；對 雙列雙作用氣缸可實(shí)現(xiàn)O、 25%、 50%、 75%、 100%五檔流量調(diào)節(jié)。 而管道內(nèi)的壓力會在上下限之間擺動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)造成管道振動(dòng)，對生產(chǎn) 工藝也會有不良影響。在用氣量變化比較頻繁時(shí)，影響更劇烈。增大 壓縮機(jī)排氣緩沖容積可減緩壓力波動(dòng)，但無法削弱其幅度；若縮小上 下限的壓差，又會加快波動(dòng)的頻率。這是開關(guān)控制策略無法克服的固 有缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種往復(fù)活塞壓 縮機(jī)排氣量的調(diào)節(jié)方法，可實(shí)現(xiàn)排氣量0 100%連續(xù)調(diào)節(jié)、節(jié)能降噪、
簡單可靠的排氣量調(diào)節(jié)。
為達(dá)到所述目的，本發(fā)明是在全行程壓開吸氣閥的基礎(chǔ)上，將壓 開吸氣閥的開關(guān)控制改變?yōu)檎伎毡瓤刂啤?br> 本發(fā)明同樣需要依靠一套能夠壓開吸氣閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其控制 系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力，可以采用氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)或其他任 何能夠產(chǎn)生足夠驅(qū)動(dòng)力的方式。其中液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)速度快、控制 精確，因此是最佳執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其控制系統(tǒng)是一種能夠依據(jù)本發(fā)明所述 方法自動(dòng)執(zhí)行其步驟的智能裝置，如工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或可編程控制器 等，這些步驟以可執(zhí)行程序的形式事先存儲于其中的存儲器，并允許 遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)通信隨時(shí)修改程序的步驟或參數(shù)。
為敘述方便，將吸氣閥被強(qiáng)制壓開、壓縮機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的工作循 環(huán)稱為空載循環(huán)，將吸氣閥被釋放、允許其自由關(guān)閉、壓縮機(jī)加載運(yùn) 行時(shí)的工作循環(huán)稱為加載循環(huán)。
本發(fā)明的具體步驟是
(1) 確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特征參數(shù)N，其意義是執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成一整 套動(dòng)作，包括壓下一保持—釋放，所經(jīng)歷的最少工作循環(huán)數(shù)，所以N 由具體執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度決定，由N個(gè)工作循環(huán)組成一個(gè)工作單 元。
(2) 預(yù)先輸入壓縮機(jī)銘牌上的標(biāo)準(zhǔn)工況下的排氣量，或現(xiàn)場標(biāo) 定的排氣量，此值即為該壓縮機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行的最大排氣量Qm。
(3) 由生產(chǎn)實(shí)際所需排氣量Qr，按下式確定壓縮機(jī)運(yùn)行的占空
比
R% = [Qr/QmX100]%
上式中，方括號表示結(jié)果圓整為整數(shù)。R的范圍為0 100。
(4) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)按如下方式動(dòng)作以100個(gè)工作單元為一個(gè)控制 周期，先執(zhí)行R個(gè)加載工作單元，即RXN個(gè)工作循環(huán)，然后執(zhí)行(100 —R)個(gè)空載工作單元，即(100—R) XN個(gè)空載循環(huán)；最終加載工 作單元占控制周期的比重為R%，壓縮機(jī)按占空比進(jìn)行工作。
(5) 重復(fù)上述步驟(3) (4)。
步驟(1)中的特征參數(shù)N、歩驟(2)中的最大排氣量Qm為預(yù) 先設(shè)定的常數(shù)，存儲于控制系統(tǒng)內(nèi)部的非易失性存儲器中。
步驟(3)中的生產(chǎn)實(shí)際所需排氣量Qr，可以事先存儲于控制系統(tǒng)內(nèi)部的非易失性存儲器中作為系統(tǒng)開機(jī)的初始值，在運(yùn)行過程中可通過控制系統(tǒng)所包含的輸入裝置，如撥碼開關(guān)或按鍵等進(jìn)行修改，也可由遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)通信方式修改。
步驟(4)中，一個(gè)控制周期在實(shí)際運(yùn)用中可放大或縮小，表示為[KX 100]個(gè)工作單元，此時(shí)一個(gè)控制周期內(nèi)加載工作單元個(gè)數(shù)和空 載工作單元個(gè)數(shù)分別為[KXR]和[KX100] — [KXR]，縮放系數(shù)K值為正有理數(shù)，在運(yùn)行中可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定或修改。
步驟(4)中，加載工作單元是連續(xù)的，后續(xù)空載工作單元是也 連續(xù)的；為追求更加均勻的排氣量，可打亂這種連續(xù)性，在一個(gè)控制周期內(nèi)使加載工作單元和空載工作單元在時(shí)間上的排列呈現(xiàn)隨機(jī)分布， 一種比較簡便的方法是由控制系統(tǒng)按順序產(chǎn)生[KX100]個(gè)0 1 區(qū)間的隨機(jī)數(shù)，若新產(chǎn)生的數(shù)小于R%則執(zhí)行一個(gè)加載工作單元，否則執(zhí)行一個(gè)空載工作單元；最終作適當(dāng)調(diào)整保證加載工作單元占控制周期的比重為R%。
本發(fā)明中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)每次壓下或者釋放吸氣閥的時(shí)刻在一個(gè)工作循環(huán)中并不是非常重要，但是在吸氣行程中開始時(shí)壓下比在壓縮一排氣行程壓下需要更少的頂推力和更低的功耗，因此最佳的動(dòng)作過程是在曲軸上產(chǎn)生一個(gè)指示活塞處于閥側(cè)止點(diǎn)位置的脈沖信號并送給控制系統(tǒng)，在這個(gè)脈沖的后沿，即剛開始吸氣時(shí)，控制系統(tǒng)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出壓下或釋放吸氣閥的指令。
本發(fā)明所述方法不僅僅適用于壓縮機(jī)的一個(gè)氣缸。當(dāng)存在多個(gè)氣缸，如雙作用或多個(gè)列時(shí)，可采用集散控制策略每個(gè)氣缸安裝一個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過分散執(zhí)行分別實(shí)施以上步驟；整機(jī)共用一個(gè)控 制系統(tǒng)，通過集中控制確定每個(gè)氣缸各自的占空比和控制周期，從而 可以實(shí)現(xiàn)各氣缸壓力、流量的協(xié)調(diào)控制。
若將壓縮機(jī)每個(gè)工作循環(huán)的排氣量及其在時(shí)間上的排列，則可以 清楚的看出本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)方案的區(qū)別部分行程壓開吸氣閥對每 個(gè)工作循環(huán)排氣量的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，相當(dāng)于調(diào)幅；現(xiàn)有的全行程壓開 吸氣閥則是先連續(xù)經(jīng)歷空載循環(huán)，直至排氣緩沖罐壓力下降到下限， 又轉(zhuǎn)而連續(xù)經(jīng)歷加載循環(huán)直至排氣緩沖罐壓力上升到上限，如此反 復(fù)，屬于開關(guān)控制。本發(fā)明通過在一個(gè)控制周期內(nèi)改變加載循環(huán)所占 的比重來適應(yīng)流量的需求，采用的是脈寬調(diào)制策略。在整個(gè)開機(jī)時(shí)間 尺度上考察壓縮機(jī)的排氣量，則采用本發(fā)明后排氣量較現(xiàn)有的全行程 壓開吸氣閥方法更均勻，較部分行程壓開吸氣閥方法更簡單可靠。
采用本發(fā)明所述方法，可以對壓縮機(jī)的排氣從0 100％進(jìn)行無級調(diào)節(jié)。由于壓縮機(jī)的能耗主要與實(shí)際壓縮氣量成比例，因此實(shí)施本發(fā) 明所述方法可以有效地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。與現(xiàn)有的全行程壓開吸氣閥開關(guān)式 調(diào)節(jié)方式相比，占空比調(diào)節(jié)方式下排氣管道內(nèi)的壓力波動(dòng)得以削弱。 與部分壓開吸氣閥調(diào)節(jié)相比，氣閥自由開啟的次數(shù)減少，可以有效避 免氣閥提前損壞，提高氣閥使用壽命，卻對控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)無特 殊要求，適應(yīng)面廣。采用本發(fā)明，還可以使壓縮機(jī)在啟動(dòng)時(shí)緩慢升壓， 避免對壓縮機(jī)的過大沖擊，使系統(tǒng)和機(jī)組的可靠性增加。對于有多個(gè) 氣缸的壓縮機(jī)，當(dāng)工況變化時(shí)，本發(fā)明所述方法可以實(shí)現(xiàn)各氣缸的壓 力、流量協(xié)調(diào)控制。采用數(shù)字自動(dòng)控制，可以使本發(fā)明相容于企業(yè)的
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。


圖1是現(xiàn)有的部分行程壓開吸氣閥排氣量調(diào)節(jié)方法示意圖。
圖2是現(xiàn)有的全行程壓開吸氣閥排氣量調(diào)節(jié)方法的示意圖。 圖3是本發(fā)明所述排氣量調(diào)節(jié)方法示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和實(shí)施方式詳細(xì)加以描述。
參見圖l，表示的是部分行程壓開吸氣閥調(diào)節(jié)方法的原理。每個(gè)
窄矩形條表示一個(gè)工作循環(huán)，亦即一個(gè)排氣脈沖；其中灰色部分的相 對高度代表這個(gè)工作循環(huán)的相對排氣量，對排氣量的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化為對每 個(gè)排氣脈沖幅值進(jìn)行調(diào)制，即調(diào)幅調(diào)節(jié)。
參見圖2，表示的是現(xiàn)有的全行程壓開吸氣閥調(diào)節(jié)方法的原理。 每個(gè)窄矩形條表示一個(gè)工作循環(huán)，亦即一個(gè)排氣脈沖；每個(gè)脈沖只有 0和100%兩種狀態(tài)，先連續(xù)經(jīng)歷空載循環(huán)，直至排氣緩沖罐壓力下 降到下限，又轉(zhuǎn)而連續(xù)經(jīng)歷加載循環(huán)直至排氣緩沖罐壓力上升到上 限，如此反復(fù)，對排氣量的調(diào)節(jié)屬于開關(guān)控制，即位式調(diào)節(jié)。
參見圖3，表示的是本發(fā)明所述排氣量調(diào)節(jié)方法。每個(gè)窄矩形條 表示一個(gè)工作單元，亦即N個(gè)排氣脈沖；排氣脈沖雖然也只有0和 100%兩種狀態(tài)，但是在時(shí)間上的分布采用占空比控制策略，對排氣 量的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化為對排氣脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制即占空比調(diào)節(jié)。
實(shí)施例1:
以轉(zhuǎn)速為980r/min，額定排氣量為3m3/min的單級空氣壓縮機(jī)為例，。實(shí)施本發(fā)明需要一個(gè)能夠壓開吸氣閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和一個(gè)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)按如下步驟操作
(1) 確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特征參數(shù)N，其意義是執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成一整套動(dòng)作，包括壓下一保持一釋放，所經(jīng)歷的最少工作循環(huán)數(shù)，所以N 由具體執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度決定。本實(shí)施例執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特征參數(shù)N= 10，則由IO個(gè)工作循環(huán)組成一個(gè)工作單元。
(2) 該壓縮機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行的最大排氣量取Qm=3m3/min。
(3) 假定生產(chǎn)實(shí)際所需排氣量Qr=2.4m3/min，則占空比為:
R% = [Qr/Qm X 100]%=[2.4/3 X 100]%=80%
(4) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)按如下方式動(dòng)作以100個(gè)工作單元為一個(gè)控制周期，先執(zhí)行80個(gè)加載工作單元，即800個(gè)工作循環(huán)；然后執(zhí)行20 個(gè)空載工作單元，即200個(gè)空載循環(huán)；加載循環(huán)個(gè)數(shù)占工作循環(huán)總數(shù)的比重為80％，壓縮機(jī)按占空比進(jìn)行工作。圖3中示意性的表示了 排氣量80%時(shí)的大致情況，圖中加載工作單元即灰色窄矩形條的個(gè)數(shù) 占工作循環(huán)總數(shù)的比重為80%。
(5) 如果生產(chǎn)所需排氣量沒有變化，則重復(fù)上述步驟(4);若需要改變，則執(zhí)行(3) (4)以新的需求氣量進(jìn)行計(jì)算。
例如，若需求的氣量Qr=1.2 m3/min，則步驟(3)中新的占空比為
R%=[Qr/Qm X 100]%=[1.2/3X100]%=40%
此時(shí)步驟(4)中一個(gè)控制周期所含100個(gè)工作循環(huán)中，先經(jīng)歷40個(gè)
加載工作單元，再經(jīng)歷60個(gè)空載工作單元，加載循環(huán)個(gè)數(shù)占工作循 環(huán)總數(shù)的比重為40%。
依照上述步驟進(jìn)行操作，則當(dāng)占空比R% = 0時(shí)壓縮機(jī)全部空載
運(yùn)轉(zhuǎn)，排氣量為0;當(dāng)占空比為100%時(shí)壓縮機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，排氣量 為最大排氣量100%;占空比為中間數(shù)值時(shí)，排氣量與最大流量的比
值與占空比相對應(yīng)，例如占空比為40%時(shí)，相對排氣量也為40%; 占空比為80%時(shí)，相對排氣量也為80%。
實(shí)施例2:
在實(shí)施例1中，以ioo個(gè)工作單元為一個(gè)控制周期，當(dāng)對排氣的
均勻性提出更高要求時(shí)，可將控制周期加以調(diào)整。操作步驟如下 歩驟(1)、 (2)同實(shí)施例1。
步驟(3)仍假定生產(chǎn)實(shí)際所需排氣量Qr=2.4 mVmin，則占空 比為
R% = [Qr/Qm × 100]% = [2.4/3 × 100]%=80%
(4) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)按如下方式動(dòng)作以40個(gè)工作循環(huán)為一個(gè)控制周 期，先執(zhí)行32個(gè)加載工作單元，然后執(zhí)行8個(gè)空載工作單元；加載 工作單元占控制周期的比重為80%，壓縮機(jī)仍按占空比進(jìn)行工作。
(5) 如果生產(chǎn)所需排氣量沒有變化，則重復(fù)上述步驟(4);若 需要改變，則執(zhí)行步驟(3) (4)以新的需求氣量進(jìn)行計(jì)算。
例如，若需求的氣量Qr=1.2 mVmin，則步驟(3)中新的占空 比為R% ＝ [Qr/Qm X 100]% = [1.2/3X100]%=40%
此時(shí)，步驟(4)中一個(gè)控制周期取為50個(gè)工作單元，其中包含20 個(gè)加載工作單元和30個(gè)空載工作單元，它們在時(shí)間上的排列可以如 前所述，先經(jīng)歷連續(xù)20個(gè)加載循環(huán)，然后是30個(gè)連續(xù)空載循環(huán)。也 可以呈隨機(jī)分布， 一種比較簡便的方法是可由控制系統(tǒng)按順序產(chǎn)生 50個(gè)0 1區(qū)間的隨機(jī)數(shù)，若新產(chǎn)生的數(shù)小于R。/。則執(zhí)行一個(gè)加載工 作單元，否則執(zhí)行一個(gè)空載工作單元；最終作適當(dāng)調(diào)整保證加載工作 單元占控制周期的比重為40%。圖3中排氣量40%的兩個(gè)控制周期 示意性的表示了這兩種排列方法的大致區(qū)別。
依照上述步驟進(jìn)行操作，則當(dāng)占空比R% = 0時(shí)壓縮機(jī)全部空載 運(yùn)轉(zhuǎn)，排氣量為0;當(dāng)占空比為100%時(shí)壓縮機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，排氣量 為最大排氣量100%;占空比為中間數(shù)值時(shí)，排氣量與最大流量的比 值與占空比相對應(yīng)，例如占空比為40%時(shí)，相對排氣量也為40%; 占空比為80%時(shí)，相對排氣量也為80%。
實(shí)施例3:
以某臺L—13/7-250型天然氣壓縮機(jī)為例，轉(zhuǎn)速740r/min，額定 排氣量780m3/h，分3級，共3個(gè)氣缸，按流程分別為氣缸1、氣缸2 和氣缸3。實(shí)施本發(fā)明需要一個(gè)集中控制系統(tǒng)，而3個(gè)氣缸各安裝一 個(gè)能夠壓開吸氣閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，集中控制系統(tǒng)按如下歩驟操作
(1)確定各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特征參數(shù)Nl、 N2、 N3，其意義是各執(zhí) 行機(jī)構(gòu)獨(dú)立完成一整套動(dòng)作，包括壓下一保持一釋放所經(jīng)歷的最少工作循環(huán)數(shù)，所以N1 N3由具體執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度決定。本實(shí)施例 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特征參數(shù)N1=10， N2=20， N3=25。
(2) 該壓縮機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行的最大排氣量Qm=780mVh。
(3) 假定生產(chǎn)實(shí)際所需排氣量Qr=600m3/h，則占空比為:R%=[Qr/QmX 100]% = [600/780 X 100]%=77%
(4) 各氣缸的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按相同的占空比進(jìn)行動(dòng)作，控制各自的 氣閥工作狀態(tài)。其中:
氣缸1以100個(gè)工作單元為一個(gè)控制周期，先執(zhí)行77個(gè)加載工 作單元，即770個(gè)工作循環(huán)；然后執(zhí)行23個(gè)空載工作單元，即230 個(gè)空載循環(huán)；加載工作單元占控制周期的比重為77%。
氣缸2以0.5 X 100 = 50個(gè)工作單元為一個(gè)控制周期，先執(zhí)行38 個(gè)加載工作單元，即760個(gè)工作循環(huán)；然后執(zhí)行12個(gè)空載工作單元， 即240個(gè)空載循環(huán)；加載工作單元占控制周期的比重為76%，接近占 空比的數(shù)值。
氣缸3以0.4X 100=40個(gè)工作單元為一個(gè)控制周期，先執(zhí)行31 個(gè)加載工作單元，即775個(gè)工作循環(huán)；然后執(zhí)行9個(gè)空載工作單元， 即225個(gè)空載循環(huán)；加載工作單元占控制周期的比重為77.5%，接近 占空比的值。
這樣保證整機(jī)系統(tǒng)按占空比進(jìn)行工作。
(5) 如果生產(chǎn)所需排氣量沒有變化，則重復(fù)上述步驟(4);若 需要改變，則執(zhí)行(3) (4)以新的需求氣量進(jìn)行計(jì)算。
依照上述步驟進(jìn)行操作，則當(dāng)占空比為0時(shí)壓縮機(jī)全部空載運(yùn)
轉(zhuǎn)，排氣量為0;當(dāng)占空比為100%時(shí)壓縮機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，排氣量為 最大排氣量100%;占空比為中間數(shù)值時(shí)，排氣量與最大流量的比值 與占空比相對應(yīng)，例如占空比為40%時(shí)，排氣量也為40%;占空比
為80%時(shí)，排氣量也為80%。
對于本實(shí)施例，各個(gè)氣缸采用相同的占空比，當(dāng)對級間壓力提出 附加要求時(shí)，也可采用不同的占空比。
需要說明的是，在以上各實(shí)施例中，步驟(1)中的特征參數(shù)N、 步驟(2)中的最大排氣量Qm為預(yù)先設(shè)定的常數(shù)，存儲于控制系統(tǒng) 內(nèi)部的非易失性存儲器中。步驟(3)中的生產(chǎn)實(shí)際所需排氣量Qr， 可以事先存儲于控制系統(tǒng)內(nèi)部的非易失性存儲器中作為系統(tǒng)開機(jī)的 初始值，在運(yùn)行過程中可通過控制系統(tǒng)所包含的輸入裝置，如撥碼開 關(guān)或按鍵等進(jìn)行修改，也可由遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)通信方式修改。步
驟(4)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)每次壓下、釋放吸氣閥的時(shí)刻按如下方式確定
在曲軸上產(chǎn)生一個(gè)閥側(cè)止點(diǎn)位置的脈沖信號并送給控制系統(tǒng)，在這個(gè) 脈沖的后沿即剛開始吸氣時(shí)，控制系統(tǒng)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出壓下或者釋放 吸氣閥的指令。
權(quán)利要求
1. 一種往復(fù)活塞壓縮機(jī)排氣量無級調(diào)節(jié)方法，通過一個(gè)能夠壓開吸氣閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和一個(gè)控制系統(tǒng)對壓縮機(jī)排氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特征參數(shù)N，其意義是執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成一整套動(dòng)作，包括壓下-保持-釋放所經(jīng)歷的最少工作循環(huán)數(shù)，N由具體執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度決定，由N個(gè)工作循環(huán)組成一個(gè)工作單元；(2)預(yù)先輸入壓縮機(jī)銘牌上的標(biāo)準(zhǔn)工況下的排氣量，此值即為該壓縮機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行的最大排氣量Qm；(3)由生產(chǎn)實(shí)際所需排氣量Qr，按下式確定壓縮機(jī)運(yùn)行的占空比，R％＝[Qr/Qm×100]％式中R的范圍為0～100；(4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按如下方式動(dòng)作，以100個(gè)工作單元為一個(gè)控制周期，先執(zhí)行R個(gè)加載工作單元，即R×N個(gè)工作循環(huán)；然后執(zhí)行(100-R)個(gè)空載工作單元，即(100-R)×N個(gè)空載循環(huán)；而加載工作單元占控制的比重為R％，壓縮機(jī)按占空比進(jìn)行工作；(5)重復(fù)上述步驟(3)～(4)。
2. 如權(quán)利要求l所說的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，其步驟(1) 中所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特征參數(shù)N、步驟(2)中所述的最大排氣量Qm 為預(yù)先設(shè)定的常數(shù)，存儲于控制系統(tǒng)內(nèi)部的非易失性存儲器中。
3. 如權(quán)利要求1所說的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，其步驟(3)中的生產(chǎn)實(shí)際所需排氣量Qr，可事先存儲于控制系統(tǒng)內(nèi)部的非易失性 存儲器中作為系統(tǒng)開機(jī)的初始值，在運(yùn)行過程中可通過控制系統(tǒng)所包 含的輸入裝置進(jìn)行修改，也可由遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)通信方式修改。
4. 如權(quán)利要求1所說的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，其步驟(4)中， 一個(gè)控制周期在實(shí)際運(yùn)用中可放大或縮小，表示為[K×100]個(gè)工作單 元，此時(shí)一個(gè)控制周期內(nèi)加載工作單元個(gè)數(shù)和空載工作單元個(gè)數(shù)分別 為[K×R]和[K×100] — [K×R]，縮放系數(shù)K值為正有理數(shù)，在運(yùn)行中可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定或修改。
5. 如權(quán)利要求1所說的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，其步驟(4)中， 在一個(gè)控制周期內(nèi)加載工作單元和空載工作單元在時(shí)間上的排列還 可以采用如下方式確定由控制系統(tǒng)按順序產(chǎn)生[K×100]個(gè)0 1區(qū) 間的隨機(jī)數(shù)，若新產(chǎn)生的數(shù)小于R%則執(zhí)行一個(gè)加載工作單元，否則 執(zhí)行一個(gè)空載工作單元；最終作適當(dāng)調(diào)整保證加載工作單元占控制周 期的比重為R%。
6. 如權(quán)利要求1所說的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，其步驟(4)中， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)每次壓下、釋放吸氣閥的時(shí)刻按如下方式確定在曲軸上產(chǎn) 生一個(gè)閥側(cè)止點(diǎn)位置的脈沖信號并送給控制系統(tǒng)，在這個(gè)脈沖的后沿 即剛開始吸氣時(shí)，控制系統(tǒng)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出壓下或者釋放吸氣閥的指 令。
7.如權(quán)利要求1所說的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，當(dāng)存在多個(gè)氣缸時(shí)， 每個(gè)氣缸安裝一個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，整機(jī)共用一個(gè)控制系統(tǒng)，通過集 中控制確定每個(gè)氣缸各自的占空比和控制周期，各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按其所在氣缸對應(yīng)的占空比和控制周期，獨(dú)立操作各自的吸氣閥，實(shí)現(xiàn)各氣 缸壓力、流量的協(xié)調(diào)控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種往復(fù)活塞壓縮機(jī)排氣量無級調(diào)節(jié)方法，該方法由壓縮機(jī)的滿負(fù)荷運(yùn)行的最大排氣量和實(shí)際所需排氣量確定占空比，通過一個(gè)控制系統(tǒng)和一個(gè)或多個(gè)能夠壓開吸氣閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制壓縮機(jī)吸氣閥的強(qiáng)制壓開或自由開閉，使壓縮機(jī)加載循環(huán)與空載循環(huán)間隔分布并符合占空比，從而均勻的提供所需排氣量。本發(fā)明具有可實(shí)現(xiàn)排氣量0～100％連續(xù)調(diào)節(jié)、壓力波動(dòng)小、節(jié)能降噪、簡單可靠的調(diào)節(jié)效果。
文檔編號F04B49/00GK101173658SQ200710018568
公開日2008年5月7日 申請日期2007年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月3日
發(fā)明者侯雄坡, 馮詩愚, 云 李, 王存智, 顧兆林, 高秀峰 申請人:西安交通大學(xué)