一种往复压缩机气量调节系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种往复压缩机气量调节系统。该系统特征在于：吸气阀安装于往复压缩机吸气腔内，执行油缸固定于吸气阀阀盖并与液压管路连接，执行油缸与液压控制阀采用分体式设计，两者之间通过液压管路连接。该设计特殊之处有两点：1)气量调节系统安装在往复压缩机阀盖上的结构没有电控元件，面对防爆使用环境时该部分无需考虑防爆；2)可在往复压缩机不停机的状态下更换液压控制阀，避免目前执行油缸与液压控制阀整体设计的气量调节系统必须先停往复压缩机才能进行液压控制阀的维护、检修与更换的问题。
【专利说明】
一种往复压缩机气量调节系统
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种往复压缩机气量调节系统。
【背景技术】
[0002]往复压缩机根据压缩介质的不同可分为空气压缩机、氮气压缩机、二氧化碳压缩机、天然气压缩机与临氢类压缩机(介质中含有一定量氢气)。由于往复压缩机排气压力与排气流量适应范围较宽，在石油、石化、管道等行业中应用广泛，是加氢、重整、高压聚乙烯等装置中的核心机组。一直以来，往复压缩机运行能耗较大。国内石油石化装置初始设计时通常将机组排量做一定放大处理，而实际运行中装置负荷往往达不到设计要求，由于往复压缩机额定排气量固定无法根据生产需要灵活调整，大量机组只能通过对压缩后的高压气体进行打回流控制最终的排量，因此大量的气体被反复压缩。以一台额定功率为1000KW的机组为例，机组有效功率大约为额定功率的50%-60%，当机组处于80%负荷工作时，就有大约1000KW X60%X( 1-80 % ) = 120KW的功率处于无谓浪费状态，一年浪费的电费超过200万。
[0003]近年来，往复压缩机气量调节技术研究与应用步伐加快。目前往复压缩机气量调节方式包括:往复压缩机起停机调节、转速调节、管路调节、余隙容积调节、压开吸气阀调节。上述方法中，起停机调节与转速调节方法使用较少，不再进行比较分析，其他调节方法的优缺点分析如下。
[0004](I)旁路调节:俗称“打回流”，工作原理是将超出需要的压缩气体通过中冷器和控制阀，从排气端输入到吸气端，用于再次压缩。因大量气体反复被压缩，机组无用功较多，因此旁路法能耗最高。旁路调节的优点是控制容易、可靠，采用调节阀可实现无级自动调节，调节范围大。
[0005](2)余隙容积调节法:通过对压缩机气缸两侧结构进行改造并调整余隙容积，控制气缸进气量。由于往复压缩机存在膨胀过程，通过控制余隙容积大小可调整膨胀过程时间，伴随余隙容积逐渐增大，膨胀过程不断扩大而吸气过程不断缩短，排气量不断降低。余隙容积方法需对压缩机结构本体进行较大改动，费用成本较高，而且外侧缸相对容易，内侧缸难度较大。
[0006](3)压开吸气阀调节法:该方法通过液压、气压方式，使用卸荷器强制在压缩过程压开吸气阀，引导气体返回吸气管道，从而控制排气量，具体可分为全行程压开与局部行程压开两种方式。全行程压开方法因其与机组具体结构相关，流量控制效果有限；而局部行程压开方法，通过控制卸荷器压开时间与撤回时间理论上可实现O?100 %的无级流量调节；但压开吸气阀方法易对往复压缩机气阀造成不利影响，引起气阀较大冲击甚至阀片断裂等故障。
[0007]目前，压开吸气阀调节方法是目前在石油、炼化行业应用最广泛的一种气量调节方法。全行程压开方法通过对往复压缩机多个气缸进行控制，达到调节气量目的，但调节范围和精度较低，只能达到O %，25 %，50 %，75 %，100 % ;部分行程压开方法通过在一个往复压缩机工作循环内控制吸气阀压开与关闭，调整卸荷器作用时间控制压缩机排气量。目前，部分行程压开方法方面形成的专利与产品较多，如专利US-A-5695325通过特定装置在气阀与阀座之间旋转，实现吸气阀开启关闭；已形成产品的包括浙江大学化机研究所研制的气量调节系统，奥地利贺尔碧格公司研发的HydroCOM无级气量调节系统，已申请中国专利CN03158561.2，是目前在国内唯一被广泛应用的无级气量调节系统。其他调节方式与系统研究方面，武汉理工大学发明了一种活塞往复式压缩机余隙无级调节装置，已申请中国专利CN200820066897.8 ；上海交通大学发明了一种压比无级可调的小排量压气装置，已申请中国专利CN200610148229.5;无锡五洋赛德压缩机有限公司发明了一种进气控制组合阀，已申请中国专利CN200620070226.X;西安交通大学发明了一种往复活塞压缩机排气量无级调节方法，已申请中国专利0吧00710018568.6。
[0008]上述专利与产品，以奥地利贺尔碧格公司研发的HydroCOM无级气量调节系统为代表得到了较多应用，HydroCOM系统采用液压执行机构与电磁阀、电气室(包含微处理器、电磁阀驱动等电气元件)整体设计技术，优势是每个执行机构能够独立控制，但也有一定的缺点，包括执行机构中的电气部分需要考虑防爆要求，电气部分一旦严重故障需要压缩机停机进行检修，每个吸气阀对应一套液压与电气控制机构成本较大等。
[0009]为了克服目前往复压缩机气量调节系统存在的问题，本实用新型提出了一种基于液压执行元件的往复压缩机气量调节系统，采用液压执行机构与液压控制阀等电气元件分体式设计，大幅简化压缩机机体安装、检修难度，并且可根据实际控制需要，实现液压执行机构与液压控制阀的灵活配置，节约了成本。
【发明内容】
[0010]本实用新型涉及一种往复压缩机气量调节系统，其特征在于:
[0011](I) —种往复压缩机气量调节系统，该系统包括吸气阀、吸气阀阀盖、执行油缸、液压管路、液压控制阀、液压油站、控制系统、控制信号电缆、监测传感器、监测信号电缆;其特征在于:
[0012]吸气阀安装于往复压缩机吸气腔内，执行油缸固定于吸气阀阀盖并与液压管路连接，执行油缸与液压控制阀采用分体式设计，两者之间通过液压管路连接。
[0013](2)执行油缸内的柱塞在高压油作用下可推动吸气阀卸荷器强制打开吸气阀阀片;执行油缸与液压油站之间液压管路上安装液压控制阀，液压控制阀通过控制信号电缆与控制系统连接，接受控制系统信号控制高压油的通断，从而控制执行油缸对吸气阀卸荷器的作用；监测传感器包括温度传感器、压力传感器、液位传感器、振动传感器、键相传感器，分别监测液压油站油温、管路内油压、油站内液位、执行油缸温度、漏气管路温度、往复压缩机振动、键相信号，上述信号通过监测信号电缆进入控制系统，进行气量调节系统报警与停机判断；
[0014](3)执行油缸与液压控制阀采用分体式设计，两者之间通过液压管路连接，该设计特殊之处有两点:
[0015]I)气量调节系统安装在往复压缩机阀盖上的结构没有电控元件，面对防爆使用环境时该部分无需考虑防爆；
[0016]2)可在往复压缩机不停机的状态下更换液压控制阀，避免目前执行油缸与液压控制阀整体设计的气量调节系统必须先停往复压缩机才能进行液压控制阀的维护、检修与更换的问题；
[0017]根据液压控制阀流量与冗余控制设计的要求，液压控制阀与执行油缸之间连接关系可分为如下4种:
[0018]I) I个液压控制阀控制I路液压执行油缸，
[0019]2) I个液压控制阀同时控制多路液压执行油缸，
[0020]3)多个液压控制阀控制I路液压执行油缸，
[0021 ] 4)多个液压控制阀同时控制多路液压执行油缸。
【附图说明】
[0022]图1是系统结构原理图；
[0023]图2是吸气阀、吸气阀阀盖、油缸与卸荷器装配图；
[0024]图3是监测与控制回路原理图；
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。
[0026]如图1所示，本实施例采用I个液压控制阀控制I路液压油缸的模式，该往复压缩机为两个气缸的卧式机组，每个气缸的吸气阀数量为2个，因此吸气阀为4个，安装执行油缸4个，液压控制阀4个，油液油站I座，控制系统I套，监测传感器包括液压油站油温、油压、液位传感器，各执行油缸缸体温度、各漏气管道温度传感器，往复压缩机振动、键相传感器；
[0027]如图2所示，将往复压缩机吸气阀、吸气阀阀盖安装好后，安装执行油缸于吸气阀阀盖，采用螺栓紧固，执行油缸自上而下加工有高压油进口、漏油回收口与漏气回收口；高压油进口与液压控制室阀之间通过液压管路连接;漏油回收口通过液压管路与漏油回收箱连接;漏气回收口通过漏气回收管路与漏气回收装置连接;执行油缸缸体温度传感器安装于缸体上，漏气管道温度传感器安装于漏气回收管路上。
[0028]液压控制阀通过液压管路与液压油站连接，完成进油与回油，同时液压控制阀通过控制电缆与控制系统连接，接收控制系统控制信号，可根据实际使用需要，包括冗余控制要求、执行油缸动作一致性要求等，根据液压控制阀流量选择合理的控制方式，如前文所述，包括四种:
[0029]I) I个液压控制阀控制I路液压执行油缸
[0030]此种方式下，每个液压执行油缸独立控制，控制独立性较好，但是对液压控制阀数量要求高。
[0031 ] 2) I个液压控制阀同时控制多路液压执行油缸
[0032]多路液压油缸控制的吸气阀应要求同时开启，若吸气阀开启要求不一样，不能采用本方案。
[0033]3)多个液压控制阀控制I路液压执行油缸
[0034]此种方式下，与第一种方式类似，每个液压执行油缸独立控制，控制独立性较好，同时，执行油缸冗余控制也较好;但是对液压控制阀数量要求高。
[0035]4)多个液压控制阀同时控制多路液压执行油缸
[0036]此种方式下，与第二种方式类似，多路液压油缸控制的吸气阀应要求同时开启，执行油缸冗余控制也较好，但是对液压控制阀数量要求高。
[0037]如图3所示，各路控制信号、监测信号通过控制电缆与监测信号电缆进入控制系统。
[0038]该往复压缩机气量调节系统工作过程如下:
[0039]I)启动液压油站与往复压缩机，控制系统检查液压油站油压、油温、液位与机组键相信号是否异常，如无异常则可投用气量调节系统；
[0040]2)投用气量调节系统后，控制系统根据机组键相信号向液压控制阀发出控制指令，液压控制阀完成动作，执行油缸可通过液压管路获得液压油站输出的高压油；
[0041]3)当执行油缸受高压油作用后，缸体内柱塞推动卸荷器顶杆强制开启吸气阀阀片；当执行油缸内高压油回流后，卸荷器高压弹簧推动顶杆与缸体内柱塞复位；
[0042]4)吸气阀阀片受执行油缸作用，在部分压缩过程强制开启，此时往复压缩机气缸体内气体通过吸气阀回流到进气管路中，压缩机气体功降低，机组负荷同步下降;通过控制高压油作用时间进而控制吸气阀阀片强制开启时间，可控制压缩机负荷，减少机组排气量，满足实际生产需要。
[0043]本系统具体三方面突出优点:
[0044](I)采用执行油缸与液压控制阀分体式设计，一旦液压控制阀电气元件或机械部件出现故障，在对液压控制阀进行断电并对执行油缸与液压控制阀之间的液压管路泄压处理后，无需停往复压缩机，可完成液压控制阀电气元件或机械部件的维修、更换处理，改变了现有往复压缩机气量调节系统执行油缸与液压控制阀整体设计条件下，要对液压控制阀进行更换、检修，首先必须停压缩机才能实现的缺陷，提高了往复压缩机运行效率，避免因停机造成的经济损失；
[0045](2)液压控制阀与执行油缸之间连接关系多样，改变了现有往复压缩机气量调节系统液压控制阀与执行油缸必须一一对应的缺陷;通过考虑机组结构、吸气阀分布、安全冗余控制要求，通过选择流量满足要求的液压控制阀，可制定多种控制方案。例如，对高安全冗余控制要求的场合，可采用多个液压控制阀控制I路液压执行油缸的方式，执行油缸主液压控制阀I个，辅助液压控制阀I路，正常工况下，主液压控制阀控制执行油缸油路通断，辅助液压控制阀保持关闭，一旦主液压控制阀故障，控制系统切换到辅助液压控制阀控制执行油缸油路通断，提高了系统冗余性;再如，往复压缩机单个气缸同一侧有多个吸气阀，无级气量调节需要同步控制这些吸气阀，可采用I个液压控制阀同时控制多路液压执行油缸的方式，通过选择流量满足要求的液压控制阀，可保证多路液压执行油缸同步动作，进而控制多个吸气阀同时开启与关闭；
[0046](3)本系统监测传感器全面，特别对往复压缩机振动、键相信号进行监测，也对漏气管路温度进行监测，能够获得机组在气量调节下的振动、转速情况，判断机组出现的异常;也能通过漏气管路温度的变化有效判断执行油缸对往复压缩机内压缩气体密封的实际效果，安全性较好。
【主权项】
1.一种往复压缩机气量调节系统，该系统包括吸气阀、吸气阀阀盖、执行油缸、液压管路、液压控制阀、液压油站、控制系统、控制信号电缆、监测传感器、监测信号电缆;其特征在于: 吸气阀安装于往复压缩机吸气腔内，执行油缸固定于吸气阀阀盖并与液压管路连接，执行油缸与液压控制阀采用分体式设计，两者之间通过液压管路连接。2.根据权利要求1所述的一种往复压缩机气量调节系统，其特征在于: 液压控制阀与执行油缸之间连接关系为如下4种之一: 1)I个液压控制阀控制I路液压执行油缸， 2)I个液压控制阀同时控制多路液压执行油缸， 3)多个液压控制阀控制I路液压执行油缸， 4)多个液压控制阀同时控制多路液压执行油缸。
【文档编号】F04B49/22GK205478235SQ201620082424
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月27日
【发明人】高晖, 邓化科, 赵大力
【申请人】北京博华信智科技股份有限公司