活塞式壓縮機(jī)排氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究

蔣營營　王晗　楊露

摘 要：隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，對工業(yè)裝置的應(yīng)用提出更高的要求。以其中活塞式壓縮機(jī)為典型代表，其承擔(dān)氣體壓縮與輸送的職責(zé)，是提供裝置動力的關(guān)鍵部分。文章主要通過壓縮機(jī)熱力循環(huán)的相關(guān)概述、現(xiàn)代工業(yè)中無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)、優(yōu)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)的措施進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：活塞式壓縮機(jī)；氣量調(diào)節(jié)；無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)；關(guān)鍵技術(shù)

前言

不可否認(rèn)我國近年來工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的壓縮機(jī)，其在調(diào)節(jié)氣量方面逐漸引入較多方式如頂開進(jìn)氣閥、回流等調(diào)節(jié)措施。但實(shí)際應(yīng)用中可發(fā)現(xiàn)因排氣量呈現(xiàn)明顯的階段性變化特征，若完全依托于傳統(tǒng)氣量調(diào)節(jié)方式很難使裝置保持平穩(wěn)運(yùn)行，甚至可能沖擊壓縮機(jī)裝置。在此背景下便引申出排氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其對于壓縮機(jī)節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)可起到突出的作用。因此，對無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)分析具有十分重要的意義。

1 壓縮機(jī)熱力循環(huán)的相關(guān)概述

關(guān)于壓縮機(jī)熱力循環(huán)，通常在分析過程中多從氣缸單周期循環(huán)角度出發(fā)并引入相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)細(xì)數(shù)對循環(huán)進(jìn)行描述。以頂開進(jìn)氣閥為例，在熱力循環(huán)分析中首先需對其氣量無級調(diào)節(jié)原理進(jìn)行明確，原因在于氣量調(diào)節(jié)過程中很可能使壓縮機(jī)熱力循環(huán)發(fā)生偏離實(shí)際工況情形，如熱力循環(huán)中的壓縮行程，其在開始前存在進(jìn)氣閥被頂開的可能，此時壓縮機(jī)活塞作用下將使氣體流回進(jìn)氣腔中，使進(jìn)氣閥回流問題在熱力循環(huán)中產(chǎn)生。這種情況下便需考慮到對回流時間進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)節(jié)目標(biāo)。另外，從氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀看，實(shí)際調(diào)節(jié)中進(jìn)氣閥閥片運(yùn)動極易受到影響，對此需要對活塞壓縮機(jī)循環(huán)過程假設(shè)以使閥片受影響問題得以分析，具體假設(shè)內(nèi)容主要體現(xiàn)在：（1）假設(shè)節(jié)流小孔存在于每個氣閥中；（2）氣閥內(nèi)的氣體流動以等熵流動表示，忽視相縫隙間流動中存在的熱傳遞問題，且利用等壓流動表示閥系向出口的氣體流動；（3）對氣體流動中發(fā)生位能、動能等進(jìn)行忽略。通過具體氣閥動力假設(shè)試驗(yàn)結(jié)果可得到，當(dāng)閥片與運(yùn)動氣閥相撞后，閥片將出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動作，且受壓叉影響，碰撞與運(yùn)動速度存在一定差異。因此，無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能的發(fā)揮需注重解決閥片碰撞問題[1]。

2 現(xiàn)代工業(yè)中無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本構(gòu)成

從調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行的原理可發(fā)現(xiàn)，在液壓分配器作用下高壓液壓可能形成壓力脈沖波，其作用表現(xiàn)在活塞達(dá)到上止點(diǎn)時會對進(jìn)氣閥進(jìn)行頂開，且活塞在壓縮過程中會產(chǎn)生進(jìn)氣閥回流問題，閥片彈簧力、氣體力會對整個回流發(fā)生作用，完成氣體壓縮過程。若需進(jìn)行壓縮氣體量調(diào)節(jié)僅需做好壓力脈沖作用時間調(diào)節(jié)工作，可使無級連續(xù)調(diào)節(jié)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。從整個過程中可發(fā)現(xiàn)，氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)在構(gòu)成上主要以控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)為主，也存在其他輔助部件包括上位機(jī)與下位機(jī)、卸荷器、油站以及流量計等。

2.2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要組成部分，液壓系統(tǒng)在功能實(shí)現(xiàn)上主要體現(xiàn)在液壓分配器與頂開機(jī)構(gòu)卸荷器等方面。以液壓分配器為例，其作用在于壓力脈沖波的生成，設(shè)計中的關(guān)鍵在于確保驅(qū)動電機(jī)、分配器以及套筒安裝精度得以提高。若套筒間精度過高很容易造成液壓油中雜質(zhì)無法被分配器容納，中間旋轉(zhuǎn)軸難以可靠運(yùn)行，而精度過低的情況下會產(chǎn)生泄漏問題，因回流量較大不利于節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。而在卸荷器構(gòu)件方面，其主要為進(jìn)氣閥頂開結(jié)構(gòu)，實(shí)際應(yīng)用中很容易因壓叉問題出現(xiàn)結(jié)構(gòu)疲勞，設(shè)計過程中可考慮對氣閥壓叉內(nèi)彈簧力進(jìn)行增加，使系統(tǒng)得以正常工作，并保證其他如卸荷器管路以及進(jìn)油管路等得以精準(zhǔn)設(shè)計。

2.3 調(diào)節(jié)系統(tǒng)中控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

調(diào)節(jié)系統(tǒng)中控制系統(tǒng)對作用表現(xiàn)在中樞作用方面，是系統(tǒng)得以可靠運(yùn)行的關(guān)鍵部分。其在構(gòu)成中多體現(xiàn)在上位機(jī)、下位機(jī)、傳感器以及編碼器等方面。以下位機(jī)控制設(shè)計為例，在設(shè)計過程中首先需合理選擇同步控制方式，常見的方法如專家控制方法、PID控制方法以及模糊控制方式等。比較之下，若需同步控制分配器、電機(jī)，最適宜的方式主要以PID方式為主，其只需對壓縮機(jī)各級參數(shù)進(jìn)行控制便可達(dá)到控制的目標(biāo)。再以上位機(jī)控制設(shè)計為例，其在氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的作用主要表現(xiàn)在使氣量調(diào)節(jié)信號得以及時提供，如轉(zhuǎn)速、報警等信號，且可執(zhí)行系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)功能。在設(shè)計過程中應(yīng)根據(jù)壓縮機(jī)不同運(yùn)行要求進(jìn)行設(shè)計，如DCS監(jiān)控系統(tǒng)對上位機(jī)控制的要求以及多級控制方案的選擇等[2]。

3 無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)化分析

無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用下，閥片、壓叉存在的碰撞可能極大，其易使進(jìn)氣閥在頂開、關(guān)閉等時間上出現(xiàn)延遲。對此現(xiàn)狀，在實(shí)際優(yōu)化過程中可引入有限元分析方法。有限元模型在構(gòu)建過程中主要考慮到也壓力作用下進(jìn)氣閥的表現(xiàn)情況，且結(jié)合不同材料構(gòu)建應(yīng)用下閥片與壓叉碰撞的問題。根據(jù)以往學(xué)者實(shí)驗(yàn)研究，有限元模型下除將液壓油油力與材料進(jìn)行考慮外，還需對壓叉重量以及裝備進(jìn)行分析，可推出：閥片與的碰撞在頂開階段發(fā)生的次數(shù)為三次或四次，碰撞后保持穩(wěn)定；撞擊應(yīng)力在液壓力增加情況下會表現(xiàn)出上升趨勢，需在實(shí)際設(shè)計中進(jìn)行頂開油壓的控制工作；閥片撞擊力因裝配缺陷問題極易發(fā)生壓力增大情況，要求做好壓叉裝配傾斜角控制工作；在材料使用方面為保證結(jié)構(gòu)剛度得以提高需做好主體材料選擇工作。這樣才可降低閥片碰撞對無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行的影響[3]。

4 結(jié)束語

無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應(yīng)用是活塞式壓縮機(jī)功能得以發(fā)揮的關(guān)鍵部件。實(shí)際設(shè)計中應(yīng)正確認(rèn)識壓縮機(jī)熱力循環(huán)的內(nèi)涵，保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)各部分設(shè)計更為合理，且使閥片碰撞問題得以解決，提高活塞式壓縮機(jī)應(yīng)用的節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)

[1]金江明.活塞式壓縮機(jī)排氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].浙江大學(xué)，2010.

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