用于获取、测量和检查往复式流体机器的运行参数的系统的制作方法

专利名称：用于获取、测量和检查往复式流体机器的运行参数的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于验证或检查往复式流体机器的系统，特别地但非排他地，涉 及一种带有连接至十字头的单动式缸体的类型的往复式压缩机。
背景技术：
如所已知的，压缩机是能够通过使用机械能提高可压缩流体(气体)的压力的机 器。在往复式压缩机中，流体的压缩由随着相应缸体内的往复运动而移动的一个或多个活 塞来执行。将要压缩的流体通过一个或多个进入管带入缸体，而已压缩的流体朝一个或多 个输送管从缸体排出。通常，往复式压缩机的活塞或多个活塞通过用于传输运动的曲轴和 传统的曲柄和连杆机构由电动机驱动，或由内燃机驱动。
例如，在双动往复式压缩机中，各活塞并不执行任何“无负载”冲程，因为其在其两 个运动方向上都压缩空气。正是出于此原因，活塞自身不可直接连接至曲柄的连杆和连杆 机构，因为封闭型缸体不允许连杆摆动。因此，被称为“十字头”的机构被放置在活塞和连 杆之间。活塞连接至杆，可排他地以直线运动移动，并且该杆连接至十字头。因此柄(stem) 并不摆动，而另一方面连接至十字头的另一侧的连杆可以自由地摆动。
通过其所设有的滑块，十字头能够在被称为“动子”(runner)的适合的固定导向器 内部滑动，该导向器允许十字头在与活塞的冲程相同的方向上的运动。已知十字头的滑块 的外部表面关于相对导向器的内部表面移动，有必要引入润滑油，该润滑油阻止滑块的外 部表面与导向器的内部表面彼此发生接触。润滑系统是强制类型的，且通过为十字头提供 主要为流体静力类型的支承，润滑系统防止了所涉及的运动部件的磨损。
在十字头的往复运动期间可存在特定的运行状态，例如当活塞以低速度移动时， 其中十字头不能够供给足够量的润滑油。在此类情况中，润滑油层变得非常薄，并且可存在 由于摩擦的损失，带有随之发生的热的产生和润滑油自身温度的增加，这降低了润滑油的 粘度，还减小了润滑能力。在最严重的情况中，表面甚至可以彼此接触，且随之可能给流体 机器带来损害。
因此，无论往复式压缩机是单动式还是双动式，其尺寸和设置都必须以特别精确 的方式来实施，以避免当压缩机在受限运行条件中运行时压缩机自身中的临界状态的发 生。所以，确定往复式压缩机的运行参数的步骤是非常重要的，所述参数包括在活塞的轴和 在十字头上施加的负载、温度、压力和润滑十字头的油的流率、曲轴的旋转速度、滑块和动 子之间的间隙等。
文档WO 2005/108744A1图示了用于检查往复式压缩机的运行的装置和方法。该 装置包括移动元件，该移动元件操作地连接至压缩机的其中一个运动部件(例如十字头) 上。移动元件设有能够探测所关心的一个或多个参数的传感器，然后将该参数发送至外部 数据处理单元以进行必要的评估。往复式压缩机必须在其每一个部分上都是完整的，以能 够准确地提供所需的参数。
文档WO 2008/157496A1描述了用于计算往复式压缩机的运行参数的方法。该方法预见了用于能够模拟压缩机的运行状态的处理器的程序的使用。然而，在此情况下，基本 参数也必须从真实的运行中的往复式压缩机直接获得。
因此，已知的装置和方法预见了能够具有往复式压缩机以便能够评估其特性参数 的需求，该往复式压缩机在其每一个部件中都是完整的且该往复式压缩机是运行着的。这 意味着，在参数不正确或不对应于那些预见的参数的情况下，必须对机器做出修改甚至实 质性的修改，例如替换其某些基本组件，而随之而来的是成本和设置时间上的增加。
而且，尽管当压缩机在正常模式下运行时，缸体以及用于气体循环、冷却和润滑的 相关系统的存在要求参数的测量在非常复杂的测试环境中进行，结果带来了压缩机自身的 高能量吸收，等于在机器的通常运行状态中发生的情况，结果带来了对具有适合功率的马 达的需求。发明内容
因此，本发明的一般目的是制造一种系统，其用于获得和监视运行参数，特别但非 排他地应用于前文所述类型的往复式压缩机，该系统能够以非常简单、节省成本以及特别 有作用的方式解决上文提出的现有技术的缺点，而不管相应的缸体的技术特性如何，因此 是高度多用途的。
本发明的另一目的是制造一种系统，该系统用于获取、测量和检查往复式流体机 器的运行参数，该系统无需准备完整的原型机以表现出其运行特征，能够至少代替通常在 要分析的各机器上存在的某些部件或系统，例如缸体、活塞、阀和气体回路、冷却回路和润 滑回路，带有更简单的和可互换的部件。
本发明的进一步的目的在于，制造一种验证系统，该系统是易于制造的且不需要 复杂的和昂贵的致动系统以便开始运行，因为该系统运行所需的能量远小于制造完整的往 复式机器机件所需的能量。
根据本发明的这些目的通过制造一种用于特别但非排他地为往复式压缩机的往 复式流体机器的验证系统来达成，如本发明的主要方面概述。
本发明的进一步的特性由作为本描述的整体部分的本发明的其它方面突出。


从下文的作为例子而非出于限制的目的给出的详细描述参考所附的示意性图，根 据本发明的用于验证、测量和检查往复式流体机器的运行参数的系统的特性和优点将变得 更清楚，其中
图1是显示了往复式压缩机的主要部件的示意性剖视图2是显示了往复式压缩机的运行原理的示意性视图3示意性地显示了呈带有多个缸体的构造的往复式压缩机；
图4是透视图(飞轮侧)，其图示了用于根据本发明验证往复式流体机器的运行参 数的系统的非限制示例实施例；
图5是图4的系统的另一透视图(凸轮侧)；
图6是图4的系统的侧面前视图(飞轮侧)；
图7是从图4的系统上方的平面图；4
图8是图4的系统的放大的侧面前视图(凸轮侧)；以及
图9至11显示了根据本发明的系统的运行原理。
应指出的是，在各图中相同的参考标号对应于之前的和/或后续的图的相同的系 统或部件。
具体实施方式
特别地参考图1，示意性地显示了存在于往复式流体机器内部的基本元件，在此情 况下由双动型往复式压缩机来表示。
压缩机包括带有至少一个曲柄的轴10，该轴10连接至传输轴10的旋转运动的连 杆12，由电力的或热力的普通马达36致动，通过飞轮38(图幻的插入通过销16传输至十 字头14。十字头14承担将旋转运动转换为往复运动的任务，被推动在适合的反向导向器或 动子18以及20的内部移动，该反向导向器或动子18以及20允许十字头在与和活塞22的 冲程相同的方向上移动。设有由填料匣组成的密封系统44的轴M将十字头14连接至活 塞22。因此，在缸体沈内部移动的活塞22能够压缩气体。
将在特定进入压力下要压缩的气体通过一个或多个进气阀观和观‘引入缸体沈 内部，并然后被活塞22压缩，以便其达到期望的最终压力值。一旦气体已达到此类最终压 力值，其通过一个或多个排气阀30和30'从缸体沈排出。在类似于图1中图解的双动式 缸体沈中，压缩发生在两个不同的腔室内，换言之，面朝着缸体沈的顶部的腔室32和面朝 着十字头14的腔室34。
压缩机可为单缸体类型的，或其可具有多个缸体沈，例如如图3中所示的水平的 和对立的。润滑系统40和水冷系统(water-operatedcooling system) 42使得压缩机完成 并使得其可能在不同的旋转速度下工作。
压缩机的机械部件的组件，换言之，即轴10、连杆12、轴M和十字头14，以及与其 相关的确保其往复运动的元件，可被标识为压缩机自身的框架46。因此作为整体，框架46 可不同于缸体26，也就是，因其中没有用于气体循环的回路，框架46设有与其关联的所有 液压通道沘、28' ,30,30'、40和42。
现参考图4至10，显示了根据本发明的用于验证、获取、测量和检查往复式流体机 器的运行参数的系统的优选实施例，整体以参考标号50指示。
系统50优选地包括基板或基座52，在其上安装有对系统50自身的运行所必需的 部件。因此，基板52具有可移动地应用于其上的往复式流体机器尤其为往复式压缩机的至 少一个框架46，此处框架46指的是不包括用于气体的回路(参见前文的描述)的机器的所 有部件的组件。更具体而言，框架46包括至少一个连杆12和十字头14，随着往复运动可移 动并且在其两端的至少其中一端处固定地连接到轴M上，轴M又随着往复运动而可移动。
可旋转地与基板52联接的框架46的部件12、14和M依靠第一曲轴M随着往复 运动而移动。通过由基板52支承的致动系统58的插入，轴M又设置为旋转，该旋转基于 预定义的但在任何情况下可通过优选为电力的致动马达56来改变的角速度。
在该图示的示例实施例中，致动系统58包括刚性连杆58'和相应的曲轴58〃的 系统，由马达56通过带60和飞轮滑轮62驱动。飞轮62通过中心曲轴58"连接至第一曲 轴54。
根据本发明，在系统50的基板52上安装有用于产生负载80的至少一个系统，该 系统适合于复制作用在框架46上的气体的负载，如同在真实流体机器中发生的一样。
在本发明的一个特别有利的实施例中，用于产生负载80的系统是机械类型的。显 然，不应排除的是用于产生负载80的此类系统可为任何其它类型的，例如液压的、电动的、 气动的或其它。
在优选实施例中，用于产生负载80的系统包括与至少一个偏心轮或凸轮66置于 操作性连接中的弹性或屈服元件64。
更具体而言，各弹性元件64插入在各轴M和各偏心轮66之间(参见图10和11 的图解)并受压，且各弹性元件64基于同时发生的框架46的轴M的往复运动和偏心轮66 的旋转运动依次释放。因此，如下文将更清楚地说明的，一旦由马达56致动并在已被适合 地校准后，由弹性元件64和偏心轮或凸轮66构成的组件能够模拟一般的往复式流体机器 的缸体沈的负载，例如较早描述过的往复式压缩机。在实践中，以由在图示的示例实施例 中的压缩来操作的螺旋弹簧的形式制成的各弹性元件64能够复制与在所关心的运行状态 中作用在往复式压缩机(特别作用在十字头14和相关的销16之上)的部件上相同的力。
屈服元件74有利地且优选地插入偏心轮66和弹簧64之间来减少摩擦，并促进凸 轮和弹簧之间的接触。
在一个有利的实施例中，另一个弹性元件82(图5和8)与凸轮的轴68以及屈服 元件74的轴相关联，以确保在每一种运行状态中屈服元件64和凸轮66之间的接触。此弹 性元件82可以通过调整元件78来调整，在图中所示的情况下，该调整元件78以作用在板 76上的螺杆78制成。
以这种方式，对于任何旋转速度有可能不必需主要弹簧64 (设计为在十字头14上 获得期望的负载)的刚度而保持屈服元件64和凸轮66之间的接触。
系统50有利地设有一个或多个传感器84，该传感器84能够获取和测量涉及框架 46和复制缸体沈的由弹簧64和凸轮66组成的组件的运行参数。此类参数包括
十字头14的滑块以及相关的动子18和20之间的间隙(以千分之一毫米)；
-曲柄角度(θ)；
-作用在十字头14和轴M之上的力(Fθ );
-轴10的旋转速度(ω)和十字头14的线速度(V θ );
-存在于十字头14的滑块以及相关的动子18和20之间的间隙中的润滑油的温 度、压力和流率。
由传感器84获取和测量的所有参数均可以通过适合的无线通讯线路70或通过线 缆发送至中央处理单元(未显示)，该中央处理单元能够实时地记录并图形化显示根据轴 54的各个单独的旋转的此类参数。
因此，根据本发明的系统50能够实施例如在已知为全负载或部分负载的运行状 态中诸如压缩机的往复式流体机器的验证测试，而无需也以使用了很大一部分的能量的相 关的气体输送和排气回路来制造和致动机器的一个或多个缸体26。系统50的优势之一实 际上为以下事实，即致动马达56可以输送相对于通常的马达36所需求的能够使用于完整 的往复式压缩机的通常运行的动力显著地低的动力。这是实质性的，因为在系统50的运行 期间，当弹簧64在十字头14的返回冲程期间释放时，弹簧64自身返还在向外冲程(参见图11的图表)中吸收的能量，减少了致动马达56必须输送的动力需求。
在此情况下，除了从系统50移除框架46的可能性外(如较早所述，并且例如如图 5中所示)，测量和/或验证必须在不同的机器上或针对不同的需求来进行，还可能的是从 系统50移除弹簧64和/或凸轮66，用不同类型的其它弹簧和/或凸轮取代它们。例如，可 能的是使用具有不同尺寸和弹性模量的弹簧64，或不同地设计的凸轮66。
备选地或另外，再次为了改变往复式机器的测试状态，系统50可设有作用在各弹 簧64上的一个或多个预加载装置72。详细言之，基于图示的示例实施例，预加载装置72 (图 8)由旋转的环形螺母系统构成，根据螺丝-螺母原理运行，插入框架46的轴M以及相关的 弹簧64之间。因此，通过将轴M带向更接近或更远离弹簧64自身，预加载装置72能够分 别增加或减少在弹簧64上的压缩。
根据本发明的系统50可以基于迄今描述或图解的不同的实施例来制造，而仍维 持图9至11的图解中所示的基本运行原理。例如，从致动马达56到轴M和68的运动的 传输可通过不同于刚性连杆58'以及不同于相应曲柄58"的一系列连接件58来进行。根 据技术需要，连接件58可以由插入在致动马达56与轴M以及68之间的带、链或齿轮的系 统或其它等价的系统构成。类似地，可预见不同数目的马达。然而，应说明的是由刚性连杆 58'和相应的曲轴58"构成的系统被认为是优选的，以确保轴M和68的理想定相的旋转 运动，轴M和68分别控制框架46的往复运动和凸轮66的旋转运动。
还应指出的是，有可能制造通过复制来比例缩放真实压缩机的框架的框架46。以 这种方式，系统50能够实施在真实压缩机的比例缩放样机上的验证测试，显著地减少了其 制造和安装成本，并且同时增加了其多用途性。
根据本发明的系统对于工业系统或设备中的高性能往复式流体机器的运行参数 的获取、测量和检查特别有用，在该工业系统或设备中制造用于气体的回路是特别复杂和 昂贵的，例如在工作在高达大约3500巴或更高的压力下的用于制造低密度聚乙烯的工业 设备中。
显然，不应排除的是，此类系统可使用于不同类型的往复式机器或工业设备上。
因此，在任何情况下，本发明所构想的用于获取、测量和检查往复式流体机器的运 行参数的系统可经历数目众多的变型和变化，所有变型和变化均由相同的发明概念所覆 盖。此外，所有的细节均可以技术上等价的元件替代。在实践中，所使用的材料以及形状和 尺寸可为根据技术需要的任何材料以及形状和尺寸。
因此，本发明的保护范围由所附的权利要求限定。权利要求
1.一种验证系统(50)，其用于往复式流体机器，所述系统(50)包括-基板或底座(52)，在其上可移除地应用所述往复式流体机器的至少一个框架06)；-第一轴(M)，其可旋转地与所述基板(5 联接以致动所述框架G6)的部件(12，14， 24)；以及-用于产生负载(80)的至少一个系统，其与所述部件(12，14，24)置于操作性的连接， 并由致动系统(58)投入旋转，用于产生负载(80)的所述系统能够模拟由所述往复式流体 机器的缸体06)上的工作流体所产生的负载。
2.根据权利要求1所述的系统(50)，其特征在于，所述往复式流体机器为高性能类型的。
3.根据权利要求1所述的系统(50)，其特征在于，用于产生负载(80)的所述系统为机 械的、气动的、液压的或电动类型的，或相似的类型。
4.根据任一前述权利要求所述的系统(50)，其特征在于，用于产生负载(80)的所述系 统包括至少一个第一弹性元件(64)，所述第一弹性元件(64)与所述部件(12，14，24)置于 操作性的连接，并且由至少一个偏心轮(66)投入旋转，所述至少一个偏心轮(66)又由所述 致动系统(58)的至少一个第二轴(68)投入旋转。
5.根据权利要求4所述的系统(50)，其特征在于，所述系统(50)包括作用在所述第一 弹性元件(64)上的一个或多个预加载装置(72)，以便根据具体的应用调整其预加载。
6.根据权利要求4或5所述的系统(50)，其特征在于，所述系统(50)包括插入所述偏 心轮(66)和所述第一弹性元件(64)之间的屈服元件(74)，以减少其间的摩擦并提升其间 的接触。
7.根据权利要求6所述的系统(50)，其特征在于，所述系统(50)包括与所述偏心轮 (66)以及所述屈服元件(74)相关联的第二弹性元件(8 ，以便在任何操作状态下确保其 间的接触，并使得不必需所述第一弹性元件(64)的刚度而维持所述屈服元件(66)和所述 偏心轮(74)之间的接触。
8.根据权利要求7所述的系统(50)，其特征在于，所述系统(50)包括适合于调整所 述第二弹性元件(8 的预加载的调整元件(78)，以根据具体应用进一步改善所述偏心轮 (66)和所述屈服元件(74)之间的接触。
9.根据权利要求4至8的任一项所述的系统(50)，其特征在于，在必须在不同的往复 式流体机器上或对不同的需求进行测量和/或验证的情况下，所述第一弹性元件(64)和所 述至少一个偏心轮(66)适于从所述系统(50)移除，以由不同类型的弹性元件和/或偏心 轮替代。
10.根据权利要求1所述的系统(50)，其特征在于，所述致动系统(58)为机械系统，设 有至少一个致动马达(56)，并且所述致动系统(58)构造成以便在返回冲程期间至少部分 地返还在向外冲程中吸收的能量，减少了所述致动马达(56)必须输送的动力。
11.据权利要求10所述的系统(50)，其特征在于，所述致动系统(58)由所述致动马达 (56)所致动的刚性连杆(58')和曲柄(58")的系统构成。
12.根据权利要求4至11的任一项所述的系统(50)，其特征在于，所述系统(50)包括 一个或多个传感器(70)，所述传感器(70)能够获取和测量涉及所述框架G6)和由所述第 一弹性元件(64)以及所述偏心轮(66)构成的组件两者的运行参数。
全文摘要
本发明涉及用于获得、测量和检查往复式流体机器的运行参数的系统，具体而言，本发明描述了一种用于往复式流体机器的验证系统(50)。该系统(50)包括基板或底座(52)，在其上可移除地应用往复式流体机器的至少一个框架(46)；第一轴(54)，其可旋转地与基板(52)联接以驱动框架(46)的部件(12，14，24)；用于产生负载(80)的至少一个系统，其与此类部件(12，14，24)置于操作性的连接，并由传输系统(58)通过至少一个第二轴(68)投入旋转。用于产生负载(80)的系统能够模拟由往复式流体机器的缸体(26)上的工作流体所产生的负载。
文档编号F04B51/00GK102032165SQ20101051296
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者F·格尔比, F·格里富尼, M·拉泽里, M·阿尔塔莫尔 申请人:诺沃皮尼奥内有限公司