[發明專利]一種實現壓縮機氣量無級調節的方法及系統

在審

• 申請號: 201911181012.8
• 申請日: 2019-11-27
• 公開（公告）號: CN110748477A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 吳何畏;鄭元一;傅務謹;葉進;夏銘;吳限好;詹迎晟
• 申請（專利權）人: 湖北文理學院
• 主分類號: F04B49/22
• 分類號: F04B49/22;F04B49/06;F04B39/08
• 代理公司: 32224 南京縱橫知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐瑛

1.一種實現壓縮機氣量無級調節的方法，其特征在于，包括以下步驟：

計算滿負荷下壓縮機實際進氣體積；

設定氣缸頂的位置為O點，活塞上止點位置為A點，氣缸剛開始吸氣時活塞的位置為B點，活塞下止點位置為C點，氣缸剛開始壓縮時活塞的位置為Cr點，氣缸剛開始排氣時活塞的位置為D點；

設定壓縮機余隙與行程之比為a，余隙長度OA＝2ar，r為曲軸半徑；壓縮比為b＝P₂/P₁，P₁為進氣壓力，P₂為排氣壓力；活塞位于A點時氣缸內氣體壓強為P₂，活塞位于B點時氣缸內氣體壓強為P₁；由于膨脹過程中活塞運動到B點后才開始吸氣，因此AB為壓縮機循環過程中的無效膨脹行程，則壓縮機的實際進氣行程為AC-AB＝BC；

根據克拉伯龍方程PV＝nRT可知，恒溫下氣體膨脹后的體積與壓力成反比，則有：

P₂/P₁＝OB/OA，OB＝2abr；

無效膨脹行程為：

AB＝OB-OA＝2abr-2ar＝2ar(b-1)

實際進氣體積V₁為：

V₁＝S×BC＝S×(AC-AB)＝S×(2r-2ar(b-1)) (1)

其中，S為活塞截面積；

計算壓縮機實際排氣體積；

由于活塞從C點運動到Cr點的過程中，進氣閥都處于強制開啟狀態，因此，CCr為無效壓縮行程，壓縮過程中從進氣閥溢出的氣體體積為V2＝S×CCr，則實際排出的氣體體積為V₃＝V₁-V₂；

根據流量負荷計算時間負荷；

設流量負荷為f，0≤f≤1，流量負荷f為從排氣閥排除的氣體體積與從進氣閥吸入氣體的體積之比，即f＝V₃/V₁；

無效壓縮行程為：

CCr＝V₂/S＝(V₁-V₃)/S＝V₁(1-f)/S

實際壓縮行程為：

ACr＝AC-CCr＝2r-(2r-2ar(b-1))(1-f)＝2rf+2ar(b-1)(1-f) (2)

根據活塞位移換算公式，可得活塞頂部到上止點的距離x與曲軸旋轉的角度θ的關系為：

其中，r為曲軸半徑，λ＝r/l，l為連桿長度；

結合式3與式2可得：

式4中，曲軸半徑r、連桿長度l、余隙a、壓縮比b均已知，即可根據設定的流量負荷f計算得到曲軸旋轉角度θ，進而得到時間負荷t＝θ/π；伺服驅動系統再根據時間負荷控制壓縮機進氣閥強制開啟的時間，從而實現壓縮機排氣量的無級調節。

2.一種實現壓縮機氣量無級調節的系統，基于權利要求1所述的氣量無級調節的方法，其特征在于，包括壓縮機運動系統、伺服驅動系統和控制系統，所述壓縮機運動系統、伺服驅動系統分別與控制系統連接；所述伺服驅動系統用于驅動壓縮機進氣閥的強制開啟與關閉；所述控制系統實時處理壓縮機運行過程中的狀態數據，并給伺服驅動系統發出控制指令，所述伺服驅動系統根據控制指令控制進氣閥開啟與關閉的時間，從而實現壓縮機排氣量的無級調節；

所述伺服驅動系統包括：液壓缸、電磁閥、單向閥、液壓油站，所述液壓油站用于向液壓缸供油；所述電磁閥用于控制液壓缸進油油路的通斷；所述液壓缸內的高壓柱塞通過頂桿與壓縮機的進氣閥連接；通過液壓油站和電磁閥控制高壓柱塞的動作，進而通過頂桿控制帶有卸荷器的進氣閥的開啟和關閉；

所述控制系統包括上位機和下位機，所述上位機采用觸摸屏進行策略控制和行為控制，對壓縮機的狀態數據進行監控，對伺服驅動系統的動作進行控制；所述下位機采用PLC控制器，所述PLC控制器分別與觸摸屏、壓縮機和伺服驅動系統連接。

3.根據權利要求2所述的一種實現壓縮機氣量無級調節的系統，其特征在于，所述液壓油站至少包括油箱、油泵和油壓傳感器；所述油壓傳感器與PLC控制器連接。