新式空压机排气量的核准化零级整合

　　转子转动时，压力区经过套筒的油压孔的这一时刻，液压力顶开进气阀，正好对应活塞往返行程的时刻，于是就实现了同步。液压力持续作用于气阀直到与卸压区相连通，此时液分配器结构图转子压力区卸压区卸压油出口输入压力套筒转子压力区至卸荷器压力被撤销，压缩机开始正常压缩。套筒沿轴向左右移动即可改变液压力持续作用的时间，从而实现排气量的纠偏。

　　调节系统的组成无级调节系统以排气量为主控对象，通过比较流量的实测值和设定值实现闭环控制。系统由测量机构、调节机构和监控机构组成，如所示。

　　测量机构测量机构包括孔板流量计、压力传感器、编码器。孔板流量计实时地测量压缩机的排气量，并将流量反馈到排气量纠偏模块。压力传感器用来测量油压大小，测量信号送到监控机构，以便随时可以监测到卸荷力的值。编码器采集的压缩机飞轮的转速信号和相位信号送到步进电机的控制器，实现分配器和压缩机同步。

　　调节机构调节机构主要包括液压分配器和步进电机，步进电机控制液压分配器实现同步和纠偏的功能。为保证控制的实时性，两台步进电机的控制均由单片机实现，其中包括同步和纠偏两个功能模块：同步模块控制步进电机1，而液压分配器旋转一周压力区和卸压区有两个循环过程，因此步进电机1相对于活塞压缩机飞轮以1∶2转速比转动；步进电机1上的基准点与飞轮上的基准点在飞轮每转一圈（步进电机1转半圈）后能同时达到基准位置；纠偏模块对两个模拟量进行大小比较，若两者不相等（超过误差允许范围），则控制步进电机2带动丝杠左右移动，调整模拟量大小，使它们保持相等（误差允许范围内）。

　　当系统运行后，步进电机1上的基准点转动到基准位置后停止，等待飞轮基准点的到来。当飞轮基准点经过基准位置的瞬间，启动步进电机1，使之以飞轮的1／2速度同向转动（中间可能有加速过程）。通过对编码器脉冲个数的计算，可以确定飞轮基准点的相位，并且可以计算步进电机1基准点严格按照1∶2转速比运行时理论上应达到的相位；同时，通过对步进电机1得到的脉冲数的计算，可以确定其基准点的实际相位。若步进电机1的实际相位与理论相位有偏差，则通过对其转速的PI调节来消除，从而使飞轮基准点的相位和步进电机1基准点的相位能维持固有的关系，保证了在步进电机转一圈后，其上的基准点与飞轮的基准点同时到达基准位置。

　　步进电机2调节套筒位置时有自动和手动两种方式。自动调节时，单片机接收来自计算机的控制变量，与实测量进行比较，并逐步调整套筒位置，使实测量满足设定范围。手动调节时，操作者直接按动面板上的正转、反转按钮来控制步进电机2，使之带动丝杠以左右移动套筒，调节排气量大小。

　　监控机构监控机构显示和记录整个压缩机的主要状态参数，具有自动数据采集记录、报警和打印等功能［1］；进行气量调节时，只要在监控系统中输入需要的排气量和合适的PID参数，系统就能自动完成排气量调节；配备通讯模块可以使监控系统连接到DCS系统进行远程操作。整个系统采用上、下位机的结构，下位机由控制伺服电机同步旋转的专用控制器和控制排气量调节的PLC组成；上位机选用虚拟仪器LabVIEW.

　　试验原理性试验液压分配器的作用是产生时长可控制的周期性压力，本实验是检验液压分配器的实际效果，因此将实际压缩机的气阀安装在特制的固定架上，以便直接观察和测量。

　　实验装置中液压分配器的旋转轴是通过直流电机拖动旋转，且液压分配器的转速稳定在240r／min.调节套筒位置时，通过旋动丝杠带动套筒移动，丝杠螺距为2mm，即每转过一圈，套筒就轴向移动2mm.开始时刻，套筒位于*右端，进气阀被顶开时间*长，对应于排气量*小；当套筒向左移动时，顶开进气阀的时间缩短，排气量也相应增加。通过采集套筒在不同位置时的数据，取其中两组来分析该实验装置实际的调节效果。

　　为套筒在*右端时采集的液压信号，对应排气量*小的情况，即在压缩过程中全行程顶开进气阀，气体86机械工程师2006年第9期无级调节系统套筒在*右端的油压60ms完全从进气管路回流。由于实验中转速一定，通过分析转速脉冲信号可知图中每一小格对应的时间为5ms.分配器转子上对称布置了两个三角形压力腔，因此每转一周加压卸压各两次。一个周期时间约为250ms，其中液压分配器完成了两个周期，每个周期为125ms.从图中可以看出，液压分配器出口压力曲线中加压时间为60ms，卸压时间为65ms，加压卸压的时间并不是预想的62.5ms，这是由于分配轴中压力区以及套筒中的沟槽结构设计的原因。此外，液压油传输的延迟性，导致液压缸压力加压要比分配器出口的压力滞后约5ms左右。

　　为套筒在从右端左移18mm时采集的信号。从图中可以看出，液压分配器出口压力加压时间缩短为55ms，卸压时间变为70ms.液压缸压力加压时间比分配器出口的压力滞后10ms左右，要比完全顶开进气阀时间延长约5ms，主要原因在于当完全顶开时套筒沟槽位于压力区中的面积较大，流过套筒沟槽的液压油的流量比较大；而当套筒沿分配轴向移动后通过沟槽的液压油流量减小了很多，导致了压力延迟的增加。以上两组原理性实验表明，液压分配器能够连续改变加压时间，从而改变气阀被压开的时间，基本满足设计要求。

　　实际压缩机调节试验在完成了原理性实验以后，安装到一台3L－10／8型两级双作用压缩机上进行实际实验，并通过改进油路方法来改善油压的响应延迟。为降低实验复杂性，只对一级气缸的2只气阀（共4只）进行调节。为便于记录数据，以丝杠旋出的螺纹数目表示套筒轴向位移（每格螺距代表轴向距离2mm）。

　　试验过程中，在套筒轴向位移（螺距格数表示）分别为2、10、15、20、23、25、27、30、35、40时的各工况下分别测得吸气阀延迟关闭时间和实际排气量如下表所示。绘制压缩机排气量和套筒位移的关系曲线。从曲线中可以看到，当套筒位移小于20格螺距时，看不出明显的排气过程，这是因为实验室只对一级气阀的半数进行卸荷；排气量在250～400m3／h之间时，曲线陡峭，说明排气量变化受套筒位置的影响较大；排气量在250m3／h以下和400m3／h以上时，曲线平坦，说明套筒移动较大距离时排气量变化也不明显。

　　另外，对步进电机闭环控制排气量进行了实验验证，获得了满意的结果。在试验中排气量设定值为300m3／h时，通过步进电机2的纠偏，实际调节过程中气量的稳定值为305m3／h，其误差为1.7％。

　　结论本文介绍了活塞式压缩机排气量全量程无级调节系统的原理和组成，在实验室实现了排气量一定范围内的连续调节。通过试验得到如下结论：（1）保持排气压力稳定的条件下，通过调节套筒位置，可以连续改变压开吸气阀的时间，实现排气量在200～500m3／h之间的无级调节。（2）排气量在250m3／h以下和400m3／h以上时，受套筒位置影响较小，气量变化缓慢；排气量在250～400m3／h之间时，受套筒位置影响较大，气量变化敏感。