一种离子液体压缩机自由活塞上止点的运动控制系统 |
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| 申请号 | CN202311526902.4 | 申请日 | 2023-11-16 | 公开(公告)号 | CN117738878A | 公开(公告)日 | 2024-03-22 |
| 申请人 | 西安交通大学; | 发明人 | 彭学院; 金漪; 郭怡; 唐宇明; 王齐; 曹峻豪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 实施例 提供了一种 离子液体 压缩机 自由 活塞 上止点 的运动控制系统。该系统包括压缩机进气 阀 ，压缩机排气阀，压缩机 气缸 上端盖，压缩机气缸，离子液体活塞，自由活塞，压缩机油缸， 柱塞 泵 油缸，柱塞泵柱塞，补油 单向阀 ，补油泵，电磁溢流阀，电磁 节流阀 ，压缩机低压隔离腔，活塞位移 传感器 ，活塞 加速 度传感器，活塞速度传感器，隔离腔 泄漏 孔， 控制器 。本发明的方案通过监测自由活塞的位移和速度调节 溢油 压 力 ，实现对自由活塞上止点 位置 的反馈控制；通过监测自由活塞的加速度调节溢流流量，减小自由活塞速度突变，平稳液面，避免离子液体压缩机在较高的容积效率下撞缸，延长了压缩机工作寿命，提高了压缩机工作效率，且减少了额外功耗。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种离子液体压缩机自由活塞上止点的运动控制系统，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种离子液体压缩机自由活塞上止点的运动控制系统技术领域背景技术[0002] 离子液体压缩机是一种新型活塞压缩机，它使用自由活塞和液体活塞这两个新技术来代替了传统的曲柄连杆活塞，解决了以往压缩机中活塞的密封、润滑以及体积过大的问题，因此是一种非常有前景的加氢站压缩机，未来也可用于一些高纯度气体、有毒气体的石化行业。 [0003] 离子液体压缩机使用自由活塞来减少动部件数量，减小体积，但也带来了活塞运动不固定的问题。理想情况下，在自由活塞运动到上止点附近时，溢流阀打开泄压，使活塞减速，防止活塞碰撞到上止点，造成机械损伤，并且防止自由活塞上方的离子液体大量排出。但实际运行中，油压与气压是相互伴随的，若气压没有达到设定压力时，油压则一直无法到达溢流压力，溢流阀无法开启，导致活塞撞缸和离子液体大量排出。这不仅影响压缩机的寿命，也导致需要频繁向气缸内补充离子液体，造成额外的功耗。同时，如果实际气压超过排气压力，溢流阀会提前开启，减小活塞行程，降低了压缩机的容积效率。此外，当溢流阀打开时，自由活塞的速度会出现突降，导致液体活塞液面剧烈波动，造成过多的离子液体排出腔内。 发明内容[0004] 有鉴于此，本发明实施例提供一种离子液体压缩机自由活塞上止点的运动控制系统，以至少部分解决上述问题。 [0005] 根据本发明实施例的第一方面，提供了一种离子液体压缩机自由活塞上止点的运动控制系统，包括压缩机气缸4，压缩机气缸4的顶部设有压缩机气缸上端盖3，压缩机气缸上端盖3上设有压缩机进气阀1及压缩机排气阀2，压缩机气缸4的内腔设有离子液体活塞5，自由活塞6设于离子液体活塞5的底部，压缩机气缸4的底部设有压缩机低压隔离腔14，压缩机油缸7设于压缩机低压隔离腔14的底部且压缩机油缸7的内腔与压缩机气缸4的内腔连通，柱塞泵油缸8的内腔设有柱塞泵柱塞9，柱塞泵油缸8、补油单向阀10、电磁溢流阀12与压缩机油缸7的底部之间互相连通，补油泵11连接补油单向阀10，电磁节流阀13连接电磁溢流阀12。 [0006] 在一种实现方式中，该系统包括活塞位移传感器15；活塞加速度传感器16；活塞速度传感器17；其中，活塞位移传感器15、活塞加速度传感器16及活塞速度传感器17设置在压缩机低压隔离腔14内。 [0007] 在另一种实现方式中，该系统包括隔离腔泄漏孔18；控制器19；其中，压缩机低压隔离腔14通过隔离腔泄漏孔18与大气连通，以保证压缩机低压隔离腔14内的压力始终等于大气压，控制器19分别连接电磁溢流阀12、电磁节流阀13、活塞位移传感器15、活塞加速度传感器16及活塞速度传感器17。 [0008] 在另一种实现方式中，活塞位移传感器15、活塞加速度传感器16及活塞速度传感器17采用常温常压的传感器。 [0009] 在另一种实现方式中，通过设置于低压隔离腔14内的活塞位移传感器15和活塞速度传感器17测量自由活塞6的实际上止点位置和到达实际上止点时的速度；将活塞位移传感器15和活塞速度传感器17测量的自由活塞6的实际上止点位置和到达实际上止点时的速度与设计值对比，当实际上止点位置小于设计值的位置时，通过控制器19将反馈信号传输给电磁溢流阀12，调大电磁溢流阀12的溢流压力，使自由活塞6推迟减速；当自由活塞6的实际上止点位置到达设计值的位置但速度不为零时，通过控制器19将反馈信号传输给电磁溢流阀12，调小电磁溢流阀12的溢流压力，使自由活塞6提前减速。 [0010] 在另一种实现方式中，通过设置于低压隔离腔14内的活塞加速度传感器16测量自由活塞6在溢流过程中的加速度；将活塞加速度传感器16测量的自由活塞6在溢流过程中的实际加速度与设计值对比，当实际加速度大于设计值的加速度时，通过控制器19将反馈信号传输给电磁节流阀13，调小电磁节流阀13的开度，使自由活塞6速度稳定，以减少离子液体活塞5的液面波动。 [0011] 相对于现有技术，本发明方案的有益效果为： [0012] (1)该发明方案通过调节溢流压力实现自由活塞上止点位置的控制，从而避免了在上止点撞缸造成机械损伤，有利于增加离子液体压缩机的工作寿命；又避免了实际上止点距离设计值过大导致的压缩机容积效率过低，提高了离子液体压缩机的容积效率。 [0013] (2)该发明方案通过调节溢流流量使液体活塞液面在溢流过程中保持平稳，防止液面波动剧烈导致排气时大量离子液体从排气阀排出，减少了补充离子液体所产生的额外的功耗。 [0014] (3)该发明方案通过电磁溢流阀和电磁节流阀来实现对自由活塞上止点的精准控制，不改变电机工况，简单易实现。 [0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0017] 图1为本发明一个实施例的离子液体压缩机自由活塞上止点的运动控制系统的系统结构图； [0018] 图2为本发明一个实施例的离子液体压缩机自由活塞上止点的运动控制系统的工作过程示意图； [0019] 图3为本发明另一个实施例的离子液体压缩机自由活塞上止点的运动控制系统的工作过程示意图。 [0020] 附图标记列表： [0021] 1：压缩机进气阀；2：压缩机排气阀；3：压缩机气缸上端盖；4：压缩机气缸；5：离子液体活塞；6：自由活塞；7：压缩机油缸；8：柱塞泵油缸；9：柱塞泵柱塞；10：补油单向阀；11：补油泵；12：电磁溢流阀；13：电磁节流阀；14：压缩机低压隔离腔；15：活塞位移传感器；16： 活塞加速度传感器；17：活塞速度传感器；18：隔离腔泄漏孔；19：控制器。 具体实施方式[0022] 为了对本发明实施例的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明实施例的具体实施方式。 [0023] 在本文中，“示例性地”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示例性地”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。 [0024] 为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，为使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个或多个，或仅标示出了其中的一个或多个。 [0025] 为了使本领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。 [0026] 下面结合本发明实施例附图进一步说明本发明实施例具体实现。 [0027] 参见图1为本发明一个实施例的离子液体压缩机自由活塞上止点的运动控制系统的系统结构图，主要包括： [0028] 压缩机气缸4，压缩机气缸4的顶部设有压缩机气缸上端盖3，压缩机气缸上端盖3上设有压缩机进气阀1及压缩机排气阀2，压缩机气缸4的内腔设有离子液体活塞5，自由活塞6设于离子液体活塞5的底部，压缩机气缸4的底部设有压缩机低压隔离腔14，压缩机油缸7设于压缩机低压隔离腔14的底部且压缩机油缸7的内腔与压缩机气缸4的内腔连通，柱塞泵油缸8的内腔设有柱塞泵柱塞9，柱塞泵油缸8、补油单向阀10、电磁溢流阀12与压缩机油缸7的底部之间互相连通，补油泵11连接补油单向阀10，电磁节流阀13连接电磁溢流阀12。 [0029] 在一种实现方式中，该系统包括活塞位移传感器15；活塞加速度传感器16；活塞速度传感器17；其中，活塞位移传感器15、活塞加速度传感器16及活塞速度传感器17设置在压缩机低压隔离腔14内。 [0030] 在另一种实现方式中，该系统包括隔离腔泄漏孔18；控制器19；其中，压缩机低压隔离腔14通过隔离腔泄漏孔18与大气连通，以保证压缩机低压隔离腔14内的压力始终等于大气压，控制器19分别连接电磁溢流阀12、电磁节流阀13、活塞位移传感器15、活塞加速度传感器16及活塞速度传感器17。 [0031] 应理解的是，压缩机低压隔离腔14通过隔离腔泄漏孔18与大气压相连，因此低压隔离腔内压力始终等于大气压，远低于压缩机气缸4和压缩机油缸7的压力。活塞位移传感器15、活塞加速度传感器16和活塞速度传感器17位于压缩机低压隔离腔14内，不需要承受高温高压。同时，在低压隔离腔内设置传感器，不会产生气体的泄露问题。 [0032] 进一步地，当自由活塞6运动到下止点时，即使活塞伸入压缩机油缸7的部分撞缸，自由活塞6在压缩机气缸4的部分也不会撞击压缩机气缸4的底部的低压隔离腔14，因此不会损伤低压隔离腔14内的活塞位移传感器15、活塞加速度传感器16及活塞速度传感器17，保证了活塞位移传感器15、活塞加速度传感器16及活塞速度传感器17的安全工作。 [0033] 在另一种实现方式中，活塞位移传感器15、活塞加速度传感器16及活塞速度传感器17采用常温常压的传感器。 [0034] 在另一种实现方式中，通过设置于低压隔离腔14内的活塞位移传感器15和活塞速度传感器17测量自由活塞6的实际上止点位置和到达实际上止点时的速度；将活塞位移传感器15和活塞速度传感器17测量的自由活塞6的实际上止点位置和到达实际上止点时的速度与设计值对比，当实际上止点位置小于设计值的位置时，通过控制器19将反馈信号传输给电磁溢流阀12，调大电磁溢流阀12的溢流压力，使自由活塞6推迟减速；当自由活塞6的实际上止点位置到达设计值的位置但速度不为零时，通过控制器19将反馈信号传输给电磁溢流阀12，调小电磁溢流阀12的溢流压力，使自由活塞6提前减速。 [0035] 示例性地，参见图2，活塞位移传感器15采集自由活塞6的实时位置，并与设计上止点位置进行对比，判断自由活塞6是否到达设计上止点；活塞速度传感器17采集自由活塞6的实时速度，与0速度对比，判断自由活塞6是否到达实际上止点。当自由活塞6速度为0，但实际上止点位置小于设计上止点值时，说明自由活塞6减速过度，需要增大溢油压力，延迟溢油；当自由活塞6实际上止点位置等于设计值，但速度还不等于0时，说明自由活塞6减速不足，需要减小溢油压力，提前溢油。活塞位移传感器15和活塞速度传感器17将采集的位移和速度信号传递给控制器19，在控制器19内对比分析，控制器19将反馈信号以电信号的形式传递给电磁溢流阀12，通过改变电磁力来调节电磁溢流阀12的溢流压力，改变下一周期时电磁溢流阀12的溢流时间，进而调节自由活塞6的运动，控制自由活塞6的实际上止点位置。 [0036] 在另一种实现方式中，通过设置于低压隔离腔14内的活塞加速度传感器16测量自由活塞6在溢流过程中的加速度；将活塞加速度传感器16测量的自由活塞6在溢流过程中的实际加速度与设计值对比，当实际加速度大于设计值的加速度时，通过控制器19将反馈信号传输给电磁节流阀13，调小电磁节流阀13的开度，使自由活塞6速度稳定，以减少离子液体活塞5的液面波动。 [0037] 示例性地，参见图3，活塞加速度传感器16采集自由活塞6的实时加速度，并与设计加速度进行对比，当溢流过程中自由活塞6的加速度大于设计值时，说明此时自由活塞6的速度波动过大，会导致液体活塞5的液面波动剧烈，因此，控制器19将电信号传递给电磁节流阀13，改变电磁力来减小电磁节流阀13的开度，进而减少溢流流量，使自由活塞6的速度变化趋于平稳，实现稳定液体活塞5的液面的作用。 [0038] 本发明使用控制器输出电信号给电磁溢流阀和电磁节流阀，通过改变电磁力来调节溢流压力和溢流流量，本发明方案既可以避免自由活塞在上止点撞缸造成机械损伤或实际上止点位置与设计值偏差较大导致容积效率降低，又可以减弱溢流过程中自由活塞速度突变导致的液面剧烈震荡，简单易实现，减少了系统的复杂性，提高了系统的运行寿命。 [0039] 至此，已经对本发明的特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作可以按照不同的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序，以实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理可以是有利的。 [0040] 需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。 [0041] 在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件或名称，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。 [0042] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。 [0043] 需要说明的是，虽然结合附图对本发明的具体实施例进行了详细地描述，但不应理解为对本发明的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属于本发明的保护范围。 [0044] 本发明实施例的示例旨在简明地说明本发明实施例的技术特点，使得本领域技术人员能够直观了解本发明实施例的技术特点，并不作为本发明实施例的不当限定。 [0045] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 |
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