柴驱螺杆压缩机气控系统的分析与研究.pdf

柴驱螺杆压缩机气控系统的 分析与研究 深圳寿力亚洲实业有限公司 广东5 18 0 6 8 周艳辉张书泽王熙李福送 摘要 柴驱螺杆压缩机的气量调节采用柴油 机变速与进气阀节流相结合的方式进行调节 分析了柴 驱螺杆压缩机气控系统的基本原理和实现方法 分析了 气控系统中关键元器件的工作原理及过程 对柴驱螺杆 压缩机气控系统的设计有着积极的指导意义 关键词 柴油机驱动螺杆压缩机气量调 节进气阀气控系统 一 刖昌 螺杆压缩机的动力源一般有电动机与柴油机 由 电动机提供动力的螺杆压缩机通常被称之为电驱型螺杆 压缩机 由柴油机提供动力的螺杆压缩机称之为柴驱型 螺杆压缩机 柴驱螺杆压缩机在没有外界电力设施的矿 场 采石场为钻机设备提供动力而广泛应用 根据钻机 设备的工作过程钻孔一吹渣一提杆一换杆 每个过程都 需要不同的气量 因此需要对压缩机的气量进行调节 在常用的气量调节方法中 由于其经济性和可行性 都 采用先进行柴油机变速 然后再对进气阀节流两者相结 合的方法应用最具优势 柴油机变速与进气节流可以采用两种方案 一种 为单气路控制调节方案 其设计较为容易实现 气控系 统中的管路更加简单 但是容易导致机组排气压力产生 较大波动 一种为双气路控制调节方案 其设计较为复 杂 气控系统中的管路多 能够更加精准地匹配客户的 用气量需求 本文主要分析采用双气路控制调节的气控系统的 工作原理及工作过程 分析了气控系统中各关键元器件 的工作原理以及相互作用 从而实现压缩机起动时自动 加载 停机前自动卸载 并能够实现0 1 0 0 范围气量 的自动调节 二 气控系统的工作原理 由柴油机驱动的双气路控制调节的螺杆压缩机的 气控原理如图l所示 柴驱螺杆式压缩机的供气口通常 连接有气动工具 钻机等外接设备 压缩机的进气口安 装有进气控制阀 1 起动工况 当按下压缩机起动按钮后 在真空作用下 进气 控制阀微开 油分罐内的压力慢慢上升 在升压过程 中 加 卸载电磁阀得电 此时电磁阀的右侧气路与左 侧起动端连通 来自油分罐内的气体通过控制管路过滤 器过滤 通过减压阀减压后 通过电磁阀左侧的起动端 一部分气体进入到进气控制阀的关阀腔 慢慢减少进气 控制阀关的开度 同时控制循环卸荷阀打开来保证工作 循环 另一部分气体经过一系列的节流子进入到柴油机 调速气缸的卸载腔 将柴油机的调速油门摆杆控制在设 定的最小位置即怠速状态 柴油机轻载起动 保证柴油 机顺利起动 G M 通用朝解式7 2 0 1 7 年第6 期 w e x 1 1 1 f M 研 G 砌耱觇祝新用雌 傅 薹 应m矿一 洌金m冶衙 稽 矿 一 车二吝二 r 一 一1 7r F 一一 l一0 一一一旦 一 r 刊牛一 一 十一一 一一一一一一一一一 心0 乌翟 一 喑 圈一协 R 图1双气路控制调节气控原理图 进气控制阀2 空气滤清器3 压差指示器4 节流子5 调速气缸6 单向阀7 加 卸载电磁阀 8 压力调节阀9 压力调节阀 lO 电磁阀1 1 压力表1 2 减压阀1 3 控制管路过滤器1 4 电子排水阀1 5 循环卸荷阀1 6 油气分离器滤芯 1 7 j 由气分离器1 8 排气止回阀1 9 双级压缩机2 0 安全阀 2 加载工况 待柴油机j lr 页币1 起动后 经过3 m in f l9 暖机后 加 卸 载电磁阀失电 此时电磁阀的右侧气路与左侧运行端连 通 来自油分罐内的气体通过控制管路过滤器过滤后 通过减压阀减压后 通过电磁阀左侧的运行端 一部分 气体进入到进气控制阀的开阀腔 将进气控制阀逐步打 开直至最大 另一部分气体进入到柴油机调速气缸的加 载腔 逐步地将柴油机的调速油门摆杆推至最大的位置 即额定状态 完成压缩机加载 3 额定运行工况 当系统压力达到最小压力阀的设定压力时 最小 压力阀打开 机组开始向外供气 此时进气控制阀全 开 加 卸载电磁阀一直处于失电状态 柴油机调速气 缸将柴油及油门摆杆推至额定转速 柴油机全速运行 压缩机在额定工况下负载运行 4 气量调节工况 将机组的高 低压切换按钮置于高压位置时 当外 界设备不用气或者少用气的时候 供气管路上的压力值 就会升高 超过压缩机的额定供气压力时 来自油分罐 内的气体通过控制管路过滤器过滤后 克服压力调节阀 高压 内的弹簧力将其打开 并且按一定的比例输出 嚣然鬈牌 锄期 控制气 控制气经单向阀 通过节流子 一部分气体连 续不断地进入到柴油机调速气缸的卸载腔 使得柴油 机调速气缸卸载腔的压力增大 降低柴油机的转速 同 时另一部分气体连续不断地进入到进气控制阀的关阀腔 中 使得关阀腔的压力增大 一定程度关闭进气控制 阀 起到降低压缩机供气量的作用 直到压缩机的供气 量与用户端匹配 柴油机转速的变化率与进气控制阀的 关闭速度的匹配由各个位置的节流子孔径大小决定 节 流子孔径的大小由调试试验获得 当外界设备需要大量 用气的时候 供气管线上的压力值就会降低 此时来自 油分罐内通过控制管路过滤器过滤后的气体的压力不足 以克服压力调节阀 高压 的弹簧力 压力调节阀自动 关闭 从而截断进入柴油机调速气缸卸载腔及进气控制 阀关阀腔的控制气 柴油机调速气缸加载腔内的气体就 会反作用加大柴油机的油门 而进气控制阀开阀腔内的 气体也会反作用加大进气阀门的开度 起动增大压缩机 供气量的作用 直到压缩机的供气量与用户端匹配 当 用户的用气量在0 1 0 0 变化时 气控系统会按照上述 的工作过程在0 1 0 0 范围内自动进行调节 5 停机卸载工况 当按下压缩机停机按钮后 加 卸载电磁阀得电 此 耱腑祝枷再州通鼢曲凇矿池金赫冶妊册 时电磁阀的右侧气路与左侧起动端连通 来自油分罐内 的气体通过控制管路过滤器过滤后 经过减压阀减压 后 一部分气体进入到进气控制阀的关阀腔 将进气控 制阀的开度减小 另一部分气体进入到柴油机调速气缸 的卸载腔 将柴油机调节至怠速 同时控制打开循环卸 荷阀 将油分罐内的压缩机空气放空 机组在较低的压 力状态下运行2 3 m in 最后切断柴油机的供油 将压 缩机停机 气控系统关键元器件分析 1 进气控制阀 双气路控制气控调节的进气控制阀的结构图如 下 主要由腔体 活塞 阀杆 阀芯 O 形圈 弹簧 和节流子等组成 如图2 所示为进气控制阀处于全关位 置 如图3 所示为进气控制阀处于全开位置 其中控制 气1 进入的腔为开阀腔 活塞左侧 控制气2 及控制气 3 进入的腔为关阀腔 活塞右侧 放空口箭头内所指 的腔体与压缩机转子吸气口连通 开阀腔与关阀腔之间 通过活塞隔开 活塞的外圆安装有密封O 形圈 确保两 个腔体之间不互相漏气 1 当压缩机起动后需要加载时 此时油分罐内的 压力偏低 压力调节阀在弹簧力的作用下始终处于关 闭 并没有气体通过控制气3 口进入进气控制阀关阀腔 的气体 而通过加 卸载电磁阀运行端经过控制气1 口 进入进气控制阀开阀腔的气体 就会推动活塞克服右侧 弹簧的弹簧力往右移动 阀杆会带动阀芯一起向右运 动 从而慢慢增大进气控制阀的开度直到达到额定运行 工况 当压缩机处于额定运行工况时 活塞会处于最右 侧位置 进气控制阀的阀芯开度最大 保证压缩机的最 大的进气量 2 当压缩机停机后需要卸载时 通过加 卸载电 磁阀起动端经过控制气2 口进入进气控制阀关阀腔的气 体 就会推动活塞向左移动 阀杆会带动阀芯一起向左 运动 从而慢慢减少进气控制阀的开度直到进气阀全部 关闭 3 当压缩机受到外界用气量的变化处于调节工况 时 油分罐内的经过减压阀的气体 此压力值保持在减 压阀的设定压力值 始终会通过加 卸载电磁阀的运行 端进入到进气控制的开阀腔 而来自油分罐内经过压力 调节阀的气体进入到进气控制阀的关阀腔 两股气体作 用在活塞的左右两侧 两侧气体力的大小通过各管路上 节流子进行匹配 各节流子孔径的大小通过大量的调试 试验获得 当用户用气量增加时 油分罐内压力降低 压力调节阀的输出压力就会降低 即关阀腔的压力降 低 在压差的作用下活塞向右移动 增大阀芯的开度 增大压缩机的进气量 满足用户用气量增加的需求 当 用户用气量减少时 油分罐内压力升高 压力阀输出压 力就会增大 即关阀腔压力增大 在压差的作用下活塞 向左移动 减少阀芯的开度 降低压缩机的进气量 匹 配用户用气量减少的需求 i出气 图2 进气控制阀 全关位置 侧芯2 阀杆3 收空口4 0 形圈5 活塞6 车自助排气 放空口 图3 进气控制阀 全开位置 2 压力调节阀 压力调节阀的内部结构示意图如图4 所示 压力调 节阀是一种比例输出阀 压力调节阀的特性曲线如图5 所示 当压力未达到设定值 压缩机额定排气压力 之 前 无论进口的压力值如何变化 压力调节阀的出口都 G M 通用柳麓式Q 2 0 1 7 f f 第6 期 n v e 蜘x C O I n U 口 M 哪 G 胁税船祝坩用舢 遵 州出批 一 何蛾金 m冶 没有气体输出 当压力达到设定值 压缩机额定排气压 力 之后 压力调节阀根据进口压力的变化 按照一定 的比率在出口输出压力值 每一个压力调节阀的设定值 在一定的范围内可调 可以通过压力调节阀底部的调整 螺钉进行调节 调整螺钉拧到相应的位置后 将锁紧螺 母拧紧即可 常用的压力调节阀的比率值见右表 气控 系统中所选用的压力调节阀比率的大小 依据气控系统 调试结果选取 在实际调试过程中会出现如下情况 1 如果选取的比率值偏小 压力调节阀输出的气 体压力值就会相应偏小 进入到调速气缸卸载腔和进气 控制阀关阀腔的气体压力值相应的减小 会导致柴油机 降速不及时和进气控制阀关阀速度太慢 而使得排气压 力冲高过快 严重时会冲高至安全阀的排放压力 使得 安全阀打开 影响压缩机的正常工作 2 如果选取的比率值偏大 压力调节阀输出的气 体压力值就会相应偏大 进入到调速气缸卸载腔和进气 控制阀关阀腔的气体压力值相应的增大 会导致柴油机 降速过快和进气控制阀关阀速度太快 从而过快地减少 压缩机的供气量 容易引起工况的波动 图4 压力调节阀 压 J 删1 iN 特性曲线 一一泄定胍山 I 比率74 没定J i 山1 0 0 比牢60 泄 门J7 5 比丰3 一一泄征m h7 比率74 一澄记胍力2 5 i 比苹 4 一泄定 以 5 0 比 lI 4 1 0 0 3 7 5 3 5 C 一 3 2 5 3 0 C 2 7 5 2 5 C 一 c 一 2 0 0 一 7 5臣7 1 丌 5 C ii f 一 0 0 l 7 5 5 0 2 5 5 5 57 4 09 2 5 输 眶 J p s i 压力调节阀特性曲线 酬通用棚村 m W e 喇X o n l 2 0 1 7 年第6 期 常用压力调节阀相关参数表 注 lin 0 0 2 54 m lp s i 00 0 68 9 5 X lt a 同 3 加 卸载电磁阀 加 卸载电磁阀通常选用二位三通电磁阀 u 形 大 1 7 径的二位三通电磁阀的耐压性能较差 因此在电磁阀 的前部需安装减压阀 并在减压阀出口安装有压力表 可以直观地知道电磁阀前的压力 从而提高电磁阀的使 用寿命 电磁阀的外形图如图6 所示 其中1 位进口与油 分罐连通 2 3 位出口 其中2 口对应气控原理图1 当中 的运行端 3 口对应为气控原理图l当中的起动端 电磁 阀的工作原理如下 1 当按下起动按钮后 电磁阀得电 电磁阀的1 口与3 口连通 来自油分罐的气体由1 口通过3 口进入到 相应的工作腔当中 具体的工作腔在气控工作原理分析 时已经做了详细分析 此处不再熬述 经过约3 m in 的 延时 电磁失电 电磁阀的1 口与2 1 2 1 连通 来自油分罐 的气体由1 1 I 通过2 口进入到相应的工作腔当中 进行压 缩机的加载 正常工作时电磁阀一直保持失电状态 1 口始终与2 口连通 2 当按下停机按钮后 电磁阀得电 电磁阀的l 1 7 与3 1 1 连通 来自油分罐的气体由1 口通过3 口进入到 相应的工作腔当中 压缩机会在卸载状态下运行几分钟 图6 加 卸载电磁阀 就缈 扰砌毋撕洹蝴曲凇 何和 金舭冶触册 M 5 图 踮 后停机 4 循环卸荷阀 循环卸荷阀也是一种比例阀 与压力调节阀不 同的是此处的比例是指循环卸荷阀入口压力与压力信 号口入口压力的比例 常用的循环卸荷阀的比率值为 5 4 1 其具体的意义是当循环卸荷阀入口的压力值为 lO O p s i时 压力信号口的压力需要达到1 8 5 p s i时 循环 卸荷阀才能打开 从而起到放空油分罐内气体的作用 循环卸荷阀的内部结构示意图如图7 所示 图7 a 为 循环卸荷阀关闭状态 图7 b 为循环卸荷阀开启状态 循 环卸荷阀的主要工作过程如下 l 当压缩机起动后未进入加载状态前 电磁阀 的起动端与电磁阀入口连通 从气控原理图1 中可以看 出 通过电磁阀的气体经过节流子的分配 会有一部分 气体会进入到循环卸荷阀的顶部即如图7 a 中的压力信号 口 将循环卸荷阀打开 油分罐内的气体会通过循环卸 荷阀回流到进气控制阀的放空腔 与压缩机转子吸气口 连通 保证进气控制阀全部关闭时 维持压缩机的正 常工作循环 b 7 1 图7 循环卸荷阀 2 当压缩机进入调节工况 即当用户用气量变小 时 油分罐内压力值超过额定压力值 压力调节阀在高 压下开启 经过压力调节阀的气体 会通过单向阀及各 节流子的匹配 进入到循环卸荷阀的压力信号输入口 打开循序卸荷阀 将油分罐内的高压气体放空至进气控 制阀阀芯的内外侧 从而降低油分罐的