往復(fù)壓縮機(jī)壓開(kāi)吸氣閥氣量調(diào)節(jié)的理論與實(shí)驗(yàn)研究_圖文

1、浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文往復(fù)壓縮機(jī)壓開(kāi)吸氣閥氣量調(diào)節(jié)的理論與實(shí)驗(yàn)研究姓名:孫學(xué)亮申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):化工過(guò)程機(jī)械指導(dǎo)教師:吳榮仁;洪偉榮20060201 圖1.1全行程壓開(kāi)吸氣閥調(diào)節(jié)示意圖2.部分行程壓開(kāi)吸氣閥調(diào)節(jié)當(dāng)進(jìn)氣行程結(jié)束時(shí),進(jìn)氣閥仍被強(qiáng)制頂開(kāi),在進(jìn)入壓縮行程后,氣體從氣缸中返回進(jìn)氣管路,但到一定時(shí)候強(qiáng)制作用取消,吸氣閥關(guān)閉,在剩余行程中氣體受到壓縮并排出。按照吸氣閥在壓縮行程中壓開(kāi)時(shí)間的長(zhǎng)短,可以得到連續(xù)的調(diào)節(jié)。由于每個(gè)循環(huán)都發(fā)生回流,因此整個(gè)管網(wǎng)的壓力不會(huì)波動(dòng)太大。其示功圖如1-2所示。 圖1.2部分行程壓開(kāi)吸氣潤(rùn)調(diào)節(jié)示意圖 氣量,從而大大節(jié)省了壓縮機(jī)能耗,降低了壓縮機(jī)運(yùn)行期的總費(fèi)用

2、。液壓氣量諷節(jié)系統(tǒng)如下:(圖1.4以二級(jí)壓縮機(jī)為例。 圖1.4液壓氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖壓縮機(jī)的任一工藝參數(shù)(如排氣量,排氣壓力,進(jìn)氣壓力等可被選為控制變量,其數(shù)值經(jīng)DCS/PLC或HG控制器轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的420mA電流信號(hào)(對(duì)應(yīng)0 100%排氣量傳遞到接口控制中樞CIU中,CIU比較所要求的設(shè)定值,計(jì)算出吸氣閥延遲關(guān)閉的時(shí)間及此時(shí)的對(duì)應(yīng)活塞位置;同時(shí)TDC傳感器通過(guò)探測(cè)飛輪上的特定標(biāo)識(shí),經(jīng)CIU推斷出氣缸中的實(shí)際活塞位置。通過(guò)對(duì)這兩信號(hào)的比較,來(lái)指令執(zhí)行機(jī)構(gòu)連同卸荷器的運(yùn)作(液壓裝置提供所需要的液壓源,使吸氣閥的肩閉始終處于有效的控制狀態(tài),從而無(wú)需停機(jī)就能快速平衡后續(xù)工藝對(duì)排氣量的不同要求。國(guó)內(nèi)這方面

3、的研究開(kāi)展得較晚。浙江大學(xué)化工機(jī)械研究所受鎮(zhèn)海煉化委托,為該廠開(kāi)發(fā)了壓開(kāi)吸氣閥無(wú)級(jí)可調(diào)氣閥【7l,其技術(shù)要點(diǎn)是:延遲吸氣閥關(guān)閉時(shí)間,在活塞丌始返行程運(yùn)動(dòng)時(shí),部分氣體在活塞的推動(dòng)下,又回流到了進(jìn)氣管路。由于此過(guò)程中吸氣閥兩邊壓力相差不大,排出這部分回流氣體的能耗也就很小。當(dāng)氣體回流量滿足要求后,關(guān)閉吸氣閥,缸內(nèi)氣體開(kāi)始正常壓縮。本產(chǎn)品在鎮(zhèn)海煉化二重整車間的2D.20.9.2/1151一BX型氫氣壓縮機(jī)上進(jìn)行了安裝調(diào)試,經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行,節(jié)能效果非常顯著。圖1.5為該系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)圖。表1.1為工業(yè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)【4J。 圖1.5無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)氣閥現(xiàn)場(chǎng)圖表1.1工業(yè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表序號(hào)排氣量NM3/h電流A功率Kw比功率排氣

4、量百分比(% 1320022.5230.013.91002300021.5219.013,793.73285019.8201.614.189.04270018.8191.514.184.45255018.0183f313.979.76240016.8171.114.075.07225016.2165.013.670.O8210014.8150.713.96559195014.0142.613.761.010185013.2134.213.857.811175012.5126.813.854.7從表中可以看出,隨著排氣量的下降,功率也隨之下降,而作為衡量節(jié)能效果的比功率幾乎保持定值,節(jié)能效果非常

5、明顯。 第四章壓開(kāi)吸氣閥調(diào)節(jié)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)119采用液壓裝置的部分行程壓開(kāi)吸氣閥氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)狀態(tài)監(jiān)控和PID控制等優(yōu)點(diǎn),有著廣闊的應(yīng)用前景。 圖4.1壓開(kāi)吸氣閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖4.1調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì)該系統(tǒng)中,主要的機(jī)械結(jié)構(gòu)為以下幾部分:液壓站、壓力分配器、液壓缸、卸荷壓叉,其中核心部件為壓力分配器。整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的工作原理是:來(lái)自液壓站的恒定高壓,經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)式壓力分配器后,成為占空比可調(diào)的方波式油壓,在液壓缸中推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng),從而使壓叉將吸氣閥壓開(kāi),油壓撤去則吸氣閥關(guān)閉,壓開(kāi)時(shí)間由油壓作用時(shí)間確定。4.1.1旋轉(zhuǎn)式壓力分配器壓力分配器的結(jié)構(gòu)如圖3.5所示,套筒沿轉(zhuǎn)子軸向可以

6、左右移動(dòng),高壓油穿過(guò)轉(zhuǎn)子進(jìn)入轉(zhuǎn)子外圓面上的三角形壓力腔。當(dāng)壓力腔與套筒上的溝槽連通時(shí),壓力油便可進(jìn)入液壓缸。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定角度,套筒溝槽與轉(zhuǎn)子上的卸壓區(qū)連通,液壓缸中的壓力油便通過(guò)回油通道流至油箱。套筒軸向移動(dòng)時(shí),對(duì)應(yīng)的壓力腔寬度不同,于是加壓時(shí)間也不同。以排氣量為控制變量進(jìn)行閉環(huán)控制,輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)套簡(jiǎn)的軸向移動(dòng),便可實(shí)現(xiàn)排氣量的自動(dòng)控制。針對(duì)不同級(jí)數(shù)、列數(shù)的壓縮機(jī),可以安裝多個(gè)分配器,也可共用一套分配器,但必須合理安排三角形壓力腔和套簡(jiǎn)溝槽的數(shù)目及位置。 圉4.2旋轉(zhuǎn)式壓力分配器的結(jié)構(gòu)示意由于溝槽具有一定寬度,從開(kāi)始進(jìn)入壓力區(qū)到完全進(jìn)入壓力區(qū)需要一定時(shí)間,這一過(guò)程中流過(guò)溝槽的液壓油流量從零逐漸

7、增大到定值,相應(yīng)的卸荷力也從零增大到定值;溝槽離開(kāi)壓力區(qū)時(shí)情況類似。因此卸荷力作用時(shí)從零漸增至穩(wěn)定,撤去時(shí)逐漸遞減至零,這對(duì)減緩閥片沖擊、延長(zhǎng)使用壽命有積極意義。為便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)與套筒的移動(dòng)均由步進(jìn)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)。其中一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)根據(jù)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速以一定減速比驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子,另一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)則根據(jù)設(shè)定排氣量的大小將套筒移動(dòng)到合適位置。4.1.2液壓缸組件的設(shè)計(jì)液壓缸組件主要由缸體、活塞、壓板、壓稈等部分組成,負(fù)責(zé)產(chǎn)生壓開(kāi)吸氣閥所需的卸荷力。該力主要由活塞直徑和油壓決定。同時(shí)由于閥片升程一定,活塞直徑也決定了液壓缸容積,從而影響加壓速度。因此必須合理選擇活塞直徑與油壓。液壓缸設(shè)有壓力測(cè)量孔

8、,以便安裝傳感器測(cè)量油壓信號(hào)?；钊ㄟ^(guò)頂桿與壓叉相連,推動(dòng)壓叉頂開(kāi)與釋放氣閥。液壓缸的結(jié)構(gòu)如圖4.3所示。 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文(3啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。(4等待,直到轉(zhuǎn)換完成。(5從采集譬讀f=|=數(shù)掘。對(duì)Jj多通道的采集,存程序的設(shè)計(jì)中,一般采用的兩種方法。查洵法或。|J斷法。所消查詢方法就是采用一個(gè)循環(huán),依次采集備個(gè)數(shù)據(jù)通道。查詢法的優(yōu)點(diǎn)足程序簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn);缺點(diǎn)是采集過(guò)程中,CPU多數(shù)時(shí)間是在等待,造成資源的浪贊。一1t斷法是采用硬件中斷的形式先肩動(dòng)A/I轉(zhuǎn)換,在轉(zhuǎn)換結(jié)求II、J發(fā)。個(gè)_卜I析情號(hào)cpu響應(yīng)采集卡的中斷時(shí)讀出所采集的數(shù)搟。這樣,存等#轉(zhuǎn)換的時(shí)間里,CPU可以進(jìn)行其他的計(jì)算工作

9、,而_i用處于等待j隊(duì)念。中斷法的優(yōu)點(diǎn)是資源能充分利用:但是程序設(shè)計(jì)復(fù)雜,尤其是當(dāng)系統(tǒng)的硬件中斷資社駁緊張J|、J,很容易造成。t斷沖突;另外,在Windows或Wi n95等操作系統(tǒng)rh不允1:用安裝。一r斷處理程序州,則無(wú)法實(shí)現(xiàn)。在此主要采川了多通邀中斷法采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集卡為研畢PCL81BL,相應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序罩面提供了省干的采集雨數(shù)供jj 戶他用f221。相關(guān)的函數(shù)如闋所示: 圖4.4多通道采集函數(shù)示意圖采集劍的數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)中,hBul為指向該緩沖區(qū)的指針;隊(duì)jScanStarl,是一個(gè)數(shù)組,包括Tri gSrc,Sampl eRate,NumChans,StartUhan, (洲n1.

10、【st,buffem,COUIlt,eyclic,FIFOSize這幾個(gè)元素,丌J以設(shè)定采樣頻率,通道數(shù),起始通道弓等采集參數(shù)。數(shù)據(jù)采集卡每次會(huì)以SampleRate的采樣頻率采集指定大小(count的數(shù)據(jù),首先會(huì)保存在卡罩緩存區(qū)內(nèi),然后再送入電腦中相應(yīng)的內(nèi)存空陋l(burhr,接磬通過(guò)相應(yīng)的函數(shù)從內(nèi)存中讀出數(shù)據(jù)。這種方法的采樣頻率就只和數(shù)拋采集pf門采樣頻率有關(guān),而與軟件實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān),因此可以達(dá)到很高的采樣頻率。這服用到r l,ahVi ew函數(shù)庫(kù)中的隊(duì)列函數(shù)。隊(duì)列是個(gè)先進(jìn)先出的數(shù)組,可以起劍數(shù)拼緩沖的作用,我們可以通過(guò)哎霄隊(duì)列的不同大小,米達(dá)到不同大小的數(shù)據(jù)緩沖。I。abVi_ew中支持自定義

11、用戶界面,暈面提供了豐富的挖件供用戶選擇。具體用,、界而如圖所示。用戶可以自定義采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)、出發(fā)方式、增益、緩浙江大學(xué)碩上學(xué)位論文沖區(qū)大小、采集循環(huán)方式、通道數(shù)以及其實(shí)采集通道號(hào)等參數(shù),以滿足不同情況的要求。 圖4.5用戶界面圖4.2.2步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)為保證控制的實(shí)時(shí)性,兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的控制均由單片機(jī)來(lái)完成。本系統(tǒng)具備兩個(gè)功能模塊:同步模塊控制步進(jìn)電機(jī)1,使之相對(duì)于主機(jī)以減速比2:1轉(zhuǎn)動(dòng);步進(jìn)電機(jī)l 上的基準(zhǔn)點(diǎn)與主機(jī)上的基準(zhǔn)點(diǎn)在步進(jìn)電機(jī)l每轉(zhuǎn)一圈(主機(jī)每轉(zhuǎn)兩圈后能同時(shí)達(dá)到基準(zhǔn)位置。糾偏模塊對(duì)兩個(gè)模擬量進(jìn)行大小比較,若兩者不相等(超過(guò)誤差允許范圍,則控制步進(jìn)電機(jī)2,帶動(dòng)絲杠左右移動(dòng),調(diào)整模擬量大小,使它們保持相等(誤差允許范圍內(nèi)。 浙江人學(xué)碩上學(xué)位論文第五章壓開(kāi)吸氣閥調(diào)節(jié)的實(shí)驗(yàn)研究5.1分配器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的原理性實(shí)驗(yàn)5.1.1實(shí)驗(yàn)裝置與待測(cè)信號(hào)壓力分配器的作用是產(chǎn)生時(shí)長(zhǎng)可控的周期性壓力,本實(shí)驗(yàn)就是檢驗(yàn)壓力分配器的實(shí)際效果的,因此未安裝在實(shí)際壓縮機(jī)上。實(shí)驗(yàn)設(shè)備有:(1壓開(kāi)吸氣閥氣量調(diào)節(jié)裝置一套,包括了壓力分配器、液壓缸、壓開(kāi)執(zhí)行裝置、液壓站以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電氣控制柜。(2壓力傳感器2個(gè),電渦流傳感器