一种能进行无级气量调节的两级压缩机机组的制作方法

1.该实用新型涉及往复气体压缩机领域，尤其涉及一种能进行无级气量调节的两级压缩机机组。


背景技术：

2.往复压缩机作为一种通用动力设备，被广泛应用于石化行业。往复压缩机设计时其额定流量已确定，但是随着工艺流程和耗气设备的工况不同，所需的实际气量不同，这就需要采取措施对气量进行调节。传统气量无级调节多采用部分行程顶开进气阀调节，在众多调节方法中该方法经济性最好，但部分行程顶开气阀的调节方式需额外设备投入，费用较高，且会使阀片受到额外的负荷，撞击更频繁，严重恶化阀片寿命及严密性。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提出一种能进行气量调节的压缩机机组，用以解决现有技术中使用部分行程顶开进气阀调节的方式对压缩机气量进行调节时，需要引入额外的调节设备，费用较高，且会使进气阀阀片受到额外的负荷，撞击频繁，严重恶化阀片寿命及严密性的问题。
4.为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下，包括一级气缸、二级气缸、曲轴连杆机构、plc控制系统和驱动电机，所述驱动电机与一级气缸和二级气缸之间通过曲轴连杆机构连接，所述plc控制系统和驱动电机之间电性连接，所述驱动电机采用可进行转速调节的变频电机，所述一级气缸上设有与之固定连接的余隙缸，所述余隙缸和一级气缸之间设有控制二者通断的控制阀，所述控制阀与plc控制系统电性连接，所述一级气缸和二级气缸上的盖侧进气阀上分别设有一级气阀顶开装置和二级气阀顶开装置，所述一级气阀顶开装置和二级气阀顶开装置与plc控制系统电性连接。
5.进一步限定，所述驱动电机在plc控制系统的转速控制和调节下，使压缩机组能达到60％
‑
100％的输出气量调节。
6.进一步限定，所述控制阀为电磁阀，且电磁阀的两端与余隙缸和一级气缸之间采用法兰连接。
7.进一步限定，所述电磁阀打开时，余隙缸和一级气缸之间连通，在余隙缸和驱动电机的共同作用下，压缩机组能达到40％
‑
100％的输出气量调节。
8.进一步限定，所述一级气阀顶开装置和二级气阀顶开装置在工作时，将一级盖侧进气阀和二级盖侧进气阀完全顶开。
9.进一步限定，所述plc控制系统通过改变驱动电机的转速、打开控制阀使余隙缸和一级气缸连通以及控制一级气阀顶开装置和二级气阀顶开装置将一级盖侧气阀和二级盖侧气阀完全顶开的方式，可实现压缩机组的输出气量在30％
‑
100％之间调节。
10.进一步限定，所述驱动电机、余隙缸、一级气阀顶开装置和二级气阀顶开装置参与输出气量调节的先后顺序依次为，驱动电机、余隙缸、一级气阀顶开装置和二级气阀顶开装
置。
11.本技术方案的调节步骤为，根据实际所需输出气量的大小，plc控制系统首先通过控制变频电机转速方式实现60％～100％范围内调节，实际所需输出气量小于额定输出气量的60％时，plc控制系统接着打开控制阀将余隙缸和一级气缸连通，增大缸体的余隙容积，而活塞杆的行程一定，导致输出的气量减小，所以能实现40％～60％范围的调节，实际所需输出气量小于额定输出气量的40％时，plc控制系统再控制一级气阀顶开装置和二级气阀顶开装置将一级盖侧进气阀和二级盖侧进气阀完全顶开，此时缸体内的压缩气体的一部分通过被顶开的盖侧气阀排出，使输出的气量减小，所以能实现30％～40％范围的气量调节。
12.综合来看，本实用新型通过使用改变变频电机的转速、接通余隙缸和顶开盖侧进气阀的三种调节方式，可实现压缩机机组在30％～100％之间的连续流量调节，以满足实际使用中的气量变化，达到节能降耗的目的，且对压缩机机组的结构改变少，投入费用低，经济性好，最重要的是顶开气阀仅在气量很低的一小段范围内使用，且完全顶开气阀，过程中阀片无需额外动作，对气阀寿命影响小。
附图说明
13.图1为本实用新型实施例的平面结构示意图。
具体实施方式
14.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
15.说明书附图中的附图标记包括：变频电机1、余隙缸2、控制阀3、一级盖侧进气阀4、二级盖侧进气阀5、一级气阀顶开装置6、二级气阀顶开装置7。
16.具体实施过程如下：
17.如图1所示，一种能进行无级气量调节的两级压缩机机组，主要包括一级气缸、二级气缸以及设置在一级气缸和二级气缸中的活塞和活塞杆，活塞杆由曲轴连杆机构驱动而带动活塞做往复运动，，驱动电机的输出轴与曲轴通过联轴器连接，一级气缸和二级气缸的缸体上分别设有一(二)级盖侧进气阀、一(二)级轴侧进气阀和一(二)级排气阀，以及设置在一级气缸和二级气缸上的一级气阀顶开装置和二级气阀顶开装置。由于在上述提到的部件为现有技术，在本实施例中不做过多的描述。
18.为了实现将压缩机机组的输出气量在额定输出气量60％
‑
100％之间调节，在本实用新型中驱动电机采用变频电机1，因为变频电机1可以实现转速调节，转速降低的时候，单位之间内完成的工作周期次数减少，即减少了压缩气量，达到了改变输出气量的目的。
19.若要实现输出气量在额定输出气量的40％
‑
100％之间调节，在将驱动电机改为变频电机1的前提下还需要在一级气缸上串接一个余隙缸2，余隙缸2和一级气缸之间设有控制二者连通或者断开的控制阀3，在本实用新型中，控制阀3采用的是电磁阀，电磁阀和plc控制系统之间电性连接，当输出气量小于额定输出的60％的时候，为了保证变频电机1的运行安全，此时将不再持续降低变频电机1的转速，此时就需要在plc控制系统的作用下打开控制阀3，使余隙缸2和一级气缸连通，即增大了缸体的余隙容积，而由于活塞杆的行程是固定的，所以进入缸体内部的新鲜气体减少，即减小了输出气量。
20.为了实现排出气量更小区间的调节，在一级气缸和二级气缸的盖侧进气阀上设有一级气阀顶开装置6和二级气阀顶开装置7，plc控制系统分别控制一级气阀顶开装置6和二级气阀顶开装置7将一级盖侧进气阀4和二级盖侧进气阀5完全顶开，及活塞在进行压缩气体的时候，一部分气体通过一(二)级盖侧进气阀排出，仅轴侧气缸压缩气体，同样也减少了输出气量，依次使用改变变频电机1的转速、接通余隙缸2和顶开盖侧进气阀的三种调节方式，可实现压缩机机组在30％～100％之间的连续流量调节，以满足实际使用中的气量变化，达到节能降耗的目的，且对压缩机机组的结构改变少，投入费用低，经济性好，最重要的是顶开气阀仅在气量很低的一小段范围内使用，且完全顶开气阀，过程中阀片无需额外动作，对气阀寿命影响小。
21.采取本技术方案的推演过程如下：
22.压缩机的容积流量由式(1)计算：
23.q＝λ
v
λ
p
λ
l
λ
t
v
h
n
ꢀꢀ
(1)
24.式中，q——容积流量，m3/min；λ
v
——容积系数；λ
p
——压力系数；λ
l
——泄漏系数；λ
t
——温度系数；v
h
——行程容积，m3；n——转速，r/min。
25.通过改变以上任一个或几个参数都可以实现容积流量的变化，本发明通过改变转速n，容积系数λ
v
和泄漏系数λ
l
相结合的方式实现流量的无级调节。
26.连通余隙缸2后，流量调节的下限值η1与气缸相对余隙α
′
的关系如式(2)：
[0027][0028]
式中，α
′
——连通余隙缸2后的相对余隙；ε
′
——连通余隙缸2后的一级压比；α——设计工况相对余隙；ε——设计工况一级压比；m——压缩机膨胀过程指数。顶开一级盖侧进气阀4后，流量调节的下限值η2由式(3)可得：
[0029][0030]
顶开一、二级盖侧进气阀5后，流量调节的下限值η3由式(4)可得：
[0031][0032]
式中，d——一级气缸直径，m；d——活塞杆直径，m；ε
″
——顶开一级盖侧进气阀4后压比；ε
″′
——顶开一、二级盖侧进气阀5后压比。
[0033]
由式(1)可知，通过改变转速即可实现流量的连续调节，但是变频电机1连续运行时，出于安全，变频范围一般为60％～100％，即仅通过变转速可实现流量从60％～100％的连续调节，更低范围的流量调节通过变速结合余隙缸2和顶开盖侧进气阀实现。流量范围在60％～100％之间时，直接通过改变变频电机1的转速即可实现。
[0034]
流量范围在40％～60％之间时，通过变转速结合余隙缸2的方式实现，所需余隙缸2大小可由式(2)推算。
[0035]
流量范围在30％～40％之间时，通过变转速结合顶开盖侧进气阀和余隙缸2的方式实现。
[0036]
以一台额定转速为985r/min，额定进气压力为1.0mpag，额定排气压力为5.5mpag，额定流量为5
×
104nm3/d的2d型两列双作用往复压缩机为例。流量在30％～100％间变化时对应的调节方式如下表格所示：
[0037][0038]
需要提前说明的是，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0039]
以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。