[发明专利]一种实现压缩机气量无级调节的方法及系统

权利要求书

1.一种实现压缩机气量无级调节的方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算满负荷下压缩机实际进气体积；

设定气缸顶的位置为O点，活塞上止点位置为A点，气缸刚开始吸气时活塞的位置为B点，活塞下止点位置为C点，气缸刚开始压缩时活塞的位置为Cr点，气缸刚开始排气时活塞的位置为D点；

设定压缩机余隙与行程之比为a，余隙长度OA＝2ar，r为曲轴半径；压缩比为b＝P₂/P₁，P₁为进气压力，P₂为排气压力；活塞位于A点时气缸内气体压强为P₂，活塞位于B点时气缸内气体压强为P₁；由于膨胀过程中活塞运动到B点后才开始吸气，因此AB为压缩机循环过程中的无效膨胀行程，则压缩机的实际进气行程为AC-AB＝BC；

根据克拉伯龙方程PV＝nRT可知，恒温下气体膨胀后的体积与压力成反比，则有：

P₂/P₁＝OB/OA，OB＝2abr；

无效膨胀行程为：

AB＝OB-OA＝2abr-2ar＝2ar(b-1)

实际进气体积V₁为：

V₁＝S×BC＝S×(AC-AB)＝S×(2r-2ar(b-1)) (1)

其中，S为活塞截面积；

计算压缩机实际排气体积；

由于活塞从C点运动到Cr点的过程中，进气阀都处于强制开启状态，因此，CCr为无效压缩行程，压缩过程中从进气阀溢出的气体体积为V2＝S×CCr，则实际排出的气体体积为V₃＝V₁-V₂；

根据流量负荷计算时间负荷；

设流量负荷为f，0≤f≤1，流量负荷f为从排气阀排除的气体体积与从进气阀吸入气体的体积之比，即f＝V₃/V₁；

无效压缩行程为：

CCr＝V₂/S＝(V₁-V₃)/S＝V₁(1-f)/S

实际压缩行程为：

ACr＝AC-CCr＝2r-(2r-2ar(b-1))(1-f)＝2rf+2ar(b-1)(1-f) (2)

根据活塞位移换算公式，可得活塞顶部到上止点的距离x与曲轴旋转的角度θ的关系为：

其中，r为曲轴半径，λ＝r/l，l为连杆长度；

结合式3与式2可得：

式4中，曲轴半径r、连杆长度l、余隙a、压缩比b均已知，即可根据设定的流量负荷f计算得到曲轴旋转角度θ，进而得到时间负荷t＝θ/π；伺服驱动系统再根据时间负荷控制压缩机进气阀强制开启的时间，从而实现压缩机排气量的无级调节。

2.一种实现压缩机气量无级调节的系统，基于权利要求1所述的气量无级调节的方法，其特征在于，包括压缩机运动系统、伺服驱动系统和控制系统，所述压缩机运动系统、伺服驱动系统分别与控制系统连接；所述伺服驱动系统用于驱动压缩机进气阀的强制开启与关闭；所述控制系统实时处理压缩机运行过程中的状态数据，并给伺服驱动系统发出控制指令，所述伺服驱动系统根据控制指令控制进气阀开启与关闭的时间，从而实现压缩机排气量的无级调节；

所述伺服驱动系统包括：液压缸、电磁阀、单向阀、液压油站，所述液压油站用于向液压缸供油；所述电磁阀用于控制液压缸进油油路的通断；所述液压缸内的高压柱塞通过顶杆与压缩机的进气阀连接；通过液压油站和电磁阀控制高压柱塞的动作，进而通过顶杆控制带有卸荷器的进气阀的开启和关闭；

所述控制系统包括上位机和下位机，所述上位机采用触摸屏进行策略控制和行为控制，对压缩机的状态数据进行监控，对伺服驱动系统的动作进行控制；所述下位机采用PLC控制器，所述PLC控制器分别与触摸屏、压缩机和伺服驱动系统连接。

3.根据权利要求2所述的一种实现压缩机气量无级调节的系统，其特征在于，所述液压油站至少包括油箱、油泵和油压传感器；所述油压传感器与PLC控制器连接。