往复压缩机压开吸气阀气量调节的理论与实验研究_图文

1、浙江大学硕士学位论文往复压缩机压开吸气阀气量调节的理论与实验研究姓名:孙学亮申请学位级别:硕士专业:化工过程机械指导教师:吴荣仁;洪伟荣20060201 当进气行程结束时,进气阀仍被强制顶开,在进入压缩行程后,气体从气缸中返回进气管路,但到一定时候强制作用取消,吸气阀关闭,在剩余行程中气体受到压缩并排出。按照吸气阀在压缩行程中压开时间的长短,可以得到连续的调节。由于每个循环都发生回流,因此整个管网的压力不会波动太大。其示功图如1-2所示。 气量,从而大大节省了压缩机能耗,降低了压缩机运行期的总费用。液压气量讽节系统如下:(图1.4以二级压缩机为例。 压缩机的任一工艺参数(如排气量,排气压力,进

2、气压力等可被选为控制变量,其数值经DCS/PLC或HG控制器转化成标准的420mA电流信号(对应0 100%排气量传递到接口控制中枢CIU中,CIU比较所要求的设定值,计算出吸气阀延迟关闭的时间及此时的对应活塞位置;同时TDC传感器通过探测飞轮上的特定标识,经CIU推断出气缸中的实际活塞位置。通过对这两信号的比较,来指令执行机构连同卸荷器的运作(液压装置提供所需要的液压源,使吸气阀的肩闭始终处于有效的控制状态,从而无需停机就能快速平衡后续工艺对排气量的不同要求。国内这方面的研究开展得较晚。浙江大学化工机械研究所受镇海炼化委托,为该厂开发了压开吸气阀无级可调气阀【7l,其技术要点是:延迟吸气阀关

3、闭时间,在活塞丌始返行程运动时,部分气体在活塞的推动下,又回流到了进气管路。由于此过程中吸气阀两边压力相差不大,排出这部分回流气体的能耗也就很小。当气体回流量满足要求后,关闭吸气阀,缸内气体开始正常压缩。本产品在镇海炼化二重整车间的2D.20.9.2/1151一BX型氢气压缩机上进行了安装调试,经长期运行,节能效果非常显著。图1.5为该系统的现场图。表1.1为工业实测数据【4J。 从表中可以看出,随着排气量的下降,功率也随之下降,而作为衡量节能效果的比功率几乎保持定值,节能效果非常明显。 第四章压开吸气阀调节的系统设计119采用液压装置的部分行程压开吸气阀气量调节系统,具有结构简单、易于实现计

4、算机状态监控和PID控制等优点,有着广阔的应用前景。 该系统中,主要的机械结构为以下几部分:液压站、压力分配器、液压缸、卸荷压叉,其中核心部件为压力分配器。整个机械系统的工作原理是:来自液压站的恒定高压,经过旋转式压力分配器后,成为占空比可调的方波式油压,在液压缸中推动活塞运动,从而使压叉将吸气阀压开,油压撤去则吸气阀关闭,压开时间由油压作用时间确定。压力分配器的结构如图3.5所示,套筒沿转子轴向可以左右移动,高压油穿过转子进入转子外圆面上的三角形压力腔。当压力腔与套筒上的沟槽连通时,压力油便可进入液压缸。转子转过一定角度,套筒沟槽与转子上的卸压区连通,液压缸中的压力油便通过回油通道流至油箱。

5、套筒轴向移动时,对应的压力腔宽度不同,于是加压时间也不同。以排气量为控制变量进行闭环控制,输出信号驱动套简的轴向移动,便可实现排气量的自动控制。针对不同级数、列数的压缩机,可以安装多个分配器,也可共用一套分配器,但必须合理安排三角形压力腔和套简沟槽的数目及位置。 由于沟槽具有一定宽度,从开始进入压力区到完全进入压力区需要一定时间,这一过程中流过沟槽的液压油流量从零逐渐增大到定值,相应的卸荷力也从零增大到定值;沟槽离开压力区时情况类似。因此卸荷力作用时从零渐增至稳定,撤去时逐渐递减至零,这对减缓阀片冲击、延长使用寿命有积极意义。为便于实现系统的计算机控制,转子的转动与套筒的移动均由步进电机来带动

6、。其中一台步进电机根据压缩机转速以一定减速比驱动转子,另一台步进电机则根据设定排气量的大小将套筒移动到合适位置。液压缸组件主要由缸体、活塞、压板、压秆等部分组成,负责产生压开吸气阀所需的卸荷力。该力主要由活塞直径和油压决定。同时由于阀片升程一定,活塞直径也决定了液压缸容积,从而影响加压速度。因此必须合理选择活塞直径与油压。液压缸设有压力测量孔,以便安装传感器测量油压信号。活塞通过顶杆与压叉相连,推动压叉顶开与释放气阀。液压缸的结构如图4.3所示。 浙江大学硕士学位论文(3启动A/D转换。(4等待,直到转换完成。(5从采集譬读f=|=数掘。对Jj多通道的采集,存程序的设计中,一般采用的两种方法。

7、查洵法或。|J断法。所消查询方法就是采用一个循环,依次采集备个数据通道。查询法的优点足程序简单,易于实现;缺点是采集过程中,CPU多数时间是在等待,造成资源的浪赞。一1t断法是采用硬件中断的形式先肩动A/I转换,在转换结求II、J发。个_卜I析情号cpu响应采集卡的中断时读出所采集的数擀。这样,存等#转换的时间里,CPU可以进行其他的计算工作,而_i用处于等待j队念。中断法的优点是资源能充分利用:但是程序设计复杂,尤其是当系统的硬件中断资社驳紧张J|、J,很容易造成。t断冲突;另外,在Windows或Wi n95等操作系统rh不允1:用安装。一r断处理程序州,则无法实现。在此主要采川了多通邀中

8、断法采集数据。数据采集卡为研毕PCL81BL,相应驱动程序罩面提供了省干的采集雨数供jj 户他用f221。相关的函数如阕所示: 采集剑的数据放入缓冲区中,hBul为指向该缓冲区的指针;队jScanStarl,是一个数组,包括Tri gSrc,Sampl eRate,NumChans,StartUhan, (洲n1.【st,buffem,COUIlt,eyclic,FIFOSize这几个元素,丌J以设定采样频率,通道数,起始通道弓等采集参数。数据采集卡每次会以SampleRate的采样频率采集指定大小(count的数据,首先会保存在卡罩缓存区内,然后再送入电脑中相应的内存空陋l(burhr,接磬

9、通过相应的函数从内存中读出数据。这种方法的采样频率就只和数抛采集pf门采样频率有关,而与软件实现无关,因此可以达到很高的采样频率。这服用到r l,ahVi ew函数库中的队列函数。队列是个先进先出的数组,可以起剑数拼缓冲的作用,我们可以通过哎霄队列的不同大小,米达到不同大小的数据缓冲。I。abVi_ew中支持自定义用户界面,晕面提供了丰富的挖件供用户选择。具体用,、界而如图所示。用户可以自定义采样频率、采样点数、出发方式、增益、缓浙江大学硕上学位论文冲区大小、采集循环方式、通道数以及其实采集通道号等参数,以满足不同情况的要求。 为保证控制的实时性,两台步进电机的控制均由单片机来完成。本系统具备两个功能模块:同步模块控制步进电机1,使之相对于主机以减速比2:1转动;步进电机l 上的基准点与主机上的基准点在步进电机l每转一圈(主机每转两圈后能同时达到基准位置。纠偏模块对两个模拟量进行大小比较,若两者不相等(超过误差允许范围,则控制步进电机2,带动丝杠左右移动,调整模拟量大小,使它们保持相等(误差允许范围内。 浙江人学硕上学位论文第五章压开吸气阀调节的实验研究压力分配器的作用是产生时长可控的周期性压力,本实验就是检验压力分配器的实际效果的,因此未安装在实际压缩机上。实验设备有:(1压开吸气阀气量调节装置一套,包括了压力分配器、液压缸、压开执行装置、液压站以及驱动电机和电气控制柜。(2