一种管线式压缩机及其控制方法与流程

本发明涉及流体控制领域，尤其是涉及一种管线式压缩机及其控制方法。

背景技术：

压缩机（compressor），是将低压气体提升为高压气体的一种从动的流体机械，是制冷系统的心脏。它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩→冷凝（放热）→膨胀→蒸发 ( 吸热 ) 的制冷循环。

现有的压缩机通常都需要有专门的活塞、缸体等部件，占用较大的体积，与冷凝器等部件相对独立，安装灵活性不够高，并且工质是在特定空间内压缩，被压缩时与前后工质分离，流动不够顺畅。

中华人民共和国国家知识产权局于2009年2月25日公开了名称为《电容压缩机》的专利文献（公开号：CN101375059A），其包括控制装置，该控制装置根据变换器的功率元件的温度来推定压缩机吸入压力，或利用传感器来直接测定压缩机吸入压力，或根据压缩机吸入温度或者压缩机壳体温度来推定压缩机吸入压力，根据电动机转速以及电动机相电流和相电压来计算电动机转矩，根据压缩机吸入压力和电动机转矩来推定压缩机排出压力，并根据压缩机吸入压力和压缩机排出压力来推定压缩机排出温度。此方案仍然存在体积较大、工质流动不够顺畅的缺点。

技术实现要素：

本发明主要是解决现有技术所存在的体积较大、流动不够顺畅等的技术问题，提供一种可以节省体积、工质在持续的流动过程中被压缩的管线式压缩机。

本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种管线式压缩机，包括管体、扇叶、步进电机和伺服系统，所述扇叶连接步进电机输出轴，扇叶和步进电机都安装在管体内，扇叶中轴与管体中心线重合，步进电机与管体固定连接，伺服系统连接步进电机的控制端。

扇叶在步进电机的带动下旋转，推动管体内的工质加速流动，增大扇叶前方工质的压力，从而获得压缩效果。相比于现有的压缩机，本方案不需要特定的活塞和缸体，压缩过程在流动中完成，流体压缩时与前后的工质仍然保持连续，流畅性更好。管体结构节省了体积，安装灵活，布置方便在一些空间狭小的场合。压缩机的制冷量与功率，由步进电机的扭矩进行控制。伺服系统通过电压和电流控制步进电机的步进频率和转速，实现对步进电机的精准控制，从而控制压缩气体的流量与速度。

在管体外侧附加散热片可以将工质的热量快速散去，即完成冷凝的步骤，从而达到压缩机、冷凝器和工质通道三合一的效果。

作为优选，所述扇叶和步进电机都至少有两个，每个扇叶与一个步进电机配合连接，所有扇叶在步进电机带动下转动时产生的推力方向在管体内保持一致，每个步进电机都与伺服系统连接。

多个扇叶逐级加压，可以提高最终的压缩程度。

作为优选，管体内壁上固定有凸台圈，扇叶直径大于凸台圈的最小内径，凸台圈位于扇叶的抽风侧，凸台圈朝向扇叶的一面与扇叶中轴垂直。

扇叶和凸台圈之间滑动贴合，工作时凸台圈可以防止工质从扇叶和管体之间的空隙反流，确保压缩效果。

作为优选，所述扇叶包括固定部、活动圈和中心轴，中心轴与步进电机输出轴固定连接，固定部的一端与中心轴固定连接，另一端通过滑杆与活动圈连接，活动圈朝向凸台圈一面与扇叶中轴垂直。

扇叶转动压缩工质时，活动圈在工质压力下摆动贴合到凸台圈上，即让扇叶和管体之间不存在空隙，防止工质的回流泄压。

作为优选，所述活动圈朝向凸台圈一面和凸台圈朝向扇叶的一面至少有一个面采用自润滑材质。

作为优选，所述自润滑材质为石墨或聚四氟乙烯或碳纤维。

采用自润滑材质不影响扇叶的运转，避免电机负载过大。

作为优选，管线式压缩机还包括通讯系统，所述通讯系统连接伺服系统，所述通讯系统包括无线通信模块。

通讯系统通过WIFI或其他方式实现远程通信和控制，在一些规模化的场合方便控制人员统一调控。

作为优选，每副扇叶出风侧的管体内壁上都设有一个压力传感器，每个压力传感器都与伺服系统电连接。

压力传感器提供反馈信息，从而可以了解每级加压是否达到设定目标，为伺服系统的精确控制提供依据。

一种管线式压缩机控制方法，伺服系统控制步进电机对管体中的工质逐级加压，令最靠近工质来源方向的扇叶为第1级，则第m级增加的压强ΔP_m由以下公式确定：

ΔP_m=(K2-K1)/2^m1≤m＜n

ΔP_m=(K2-K1)/2^m-1m=n

K1为工质原始压强，K2为工质最终要达到的压强（目标压强），n为扇叶的总数，即总的级数。

越到后面加压越困难，通过逐级降低加压量可以合理分配电机的负载，延长压缩机使用寿命，提高工作效率。

本发明带来的实质性效果是，将输送工质的管道和压缩机合二为一，不需要专门的缸体和活塞，减少了体积，并且安装更为灵活，工质在压缩时不存在断流情况，系统运转更为流畅，扇叶和管体之间具有良好的密封效果。

附图说明

图1是本发明的一种管体内部结构示意图；

图2是本发明的一种扇叶结构示意图；

图中：1、中心轴，2、固定部，3、活动圈，4、滑杆，5、管体，6、步进电机，7、凸台圈。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种管线式压缩机，如图1所示，包括管体5、扇叶、步进电机6和伺服系统，扇叶连接步进电机输出轴，扇叶和步进电机都安装在管体内，扇叶中轴与管体中心线重合，步进电机与管体固定连接，伺服系统连接步进电机的控制端。

扇叶在步进电机的带动下旋转，推动管体内的工质加速流动，增大扇叶前方工质的压力，从而获得压缩效果。相比于现有的压缩机，本方案不需要特定的活塞和缸体，压缩过程在流动中完成，流体压缩时与前后的工质仍然保持连续，流畅性更好。管体结构节省了体积，安装灵活，布置方便在一些空间狭小的场合。压缩机的制冷量与功率，由步进电机的扭矩进行控制。伺服系统通过电压和电流控制步进电机的步进频率和转速，实现对步进电机的精准控制，从而控制压缩气体的流量与速度。

在管体外侧附加散热片可以将工质的热量快速散去，即完成冷凝的步骤，从而达到压缩机、冷凝器和工质通道三合一的效果。

扇叶和步进电机都至少有两个，每个扇叶与一个步进电机配合连接，所有扇叶在电机带动下转动时产生的推力方向在管体内保持一致。

多个扇叶逐级加压，可以提高最终的压缩程度。

管体内壁上固定有凸台圈7，扇叶直径大于凸台圈的最小内径，凸台圈位于扇叶的抽风侧，凸台圈朝向扇叶的一面与扇叶中轴垂直。

扇叶和凸台圈之间滑动贴合，工作时凸台圈可以防止工质从扇叶和管体之间的空隙反流，确保压缩效果。

如图2所示，扇叶包括固定部2、活动圈3和中心轴1，中心轴与步进电机输出轴固定连接，固定部的一端与中心轴固定连接，另一端通过滑杆4与活动圈连接，活动圈朝向凸台圈一面与扇叶中轴垂直。

活动圈沿滑杆可以在扇叶的轴向上移动。扇叶转动压缩工质时，活动圈在工质压力下摆动贴合到凸台圈上，即让扇叶和管体之间不存在空隙，防止工质的回流泄压。

所述活动圈朝向凸台圈一面和凸台圈朝向扇叶的一面至少有一个面采用自润滑材质。

所述自润滑材质为石墨或聚四氟乙烯或碳纤维。

采用自润滑材质不影响扇叶的运转，避免电机负载过大。

管线式压缩机还包括通讯系统，所述通讯系统连接伺服系统，所述通讯系统包括无线通信模块。通讯系统通过WIFI或其他方式实现远程通信和控制，在一些规模化的场合方便控制人员统一调控。

每副扇叶出风侧的管体内壁上都设有一个压力传感器，每个压力传感器都与伺服系统电连接。压力传感器提供反馈信息，从而可以了解每级加压是否达到设定目标，为伺服系统的精确控制提供依据。

一种管线式压缩机控制方法，伺服系统控制步进电机对管体中的工质逐级加压，令最靠近工质来源方向的扇叶为第1级，则第m级增加的压强ΔP_m由以下公式确定：

ΔP_m=(K2-K1)/2^m1≤m＜n

ΔP_m=(K2-K1)/2^m-1m=n

K1为工质原始压强，K2为工质最终要达到的压强，n为扇叶的总数，即总的级数。

越到后面加压越困难，通过逐级降低加压量可以合理分配电机的负载，延长压缩机使用寿命，提高工作效率。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了扇叶、电机、凸台圈等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。