一种适应多工况的压缩机气阀的制作方法

1.本发明涉及压缩机气阀领域。更具体地说，本发明涉及一种适应多工况的压缩机气阀。


背景技术：

2.天然气或氢气子站采用槽车运输气体的模式，槽车压力通常为20mpa，随着槽车不断卸气，输出的气体压力逐渐降低，因此槽车输入压缩机的气源压力是不断变化的，是一个宽范围进气工况。随着进气压力的变化，排气压力不变，压缩机的压比会发生变化，排出的气量就会发生变化。因此，压缩机的进排气阀需要适应这种宽范围的进气工况。现有压缩机的气阀大多采用自动阀，如环状阀、网状阀、菌状阀等，设计时通常选取中间气压压比工况为设计工况，依此设计阀芯升程和弹簧参数，使用时根据进气和排气条件自动适应。但这类气阀的升程和弹簧参数固定，在进气压力低于设计点很多时，排气阀容易发生颤振，当高于设计点很多时，排气阀响应速度降低，阀芯落座时产生冲击大。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
4.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种适应多工况的压缩机气阀，包括：
5.从上至下依次可拆卸连接的阀座、阀体和压盖，三者之间形成一气体空腔；所述阀座上开设有与所述气体空腔连通的进气通道；所述阀体或所述压盖上开设有与所述气体空腔连通的排气通道；
6.升程限位器，其设置在所述阀体和所述压盖之间，所述升程限位器全部或部分位于所述阀体的内部，并可沿所述阀体的内壁滑动；所述升程限位器朝向所述压盖的一端与所述压盖之间形成液压腔；
7.阀芯，其可上下移动的设置在所述气体空腔内，且所述阀芯位于所述升程限位器上方，所述阀芯的底部设置有弹簧，所述阀芯在所述弹簧的反弹力推动下向上运动直至关闭所述进气通道；
8.通过调整所述液压腔内的液压油量，带动所述升程限位器滑动，调整所述升程限位器与所述阀座之间的距离，以调整进入阀隙的气流速度，所述阀隙为所述阀芯与所述阀座的底部之间的间隙。
9.优选的是，还包括：进气通道传感器、plc控制器、流量调节阀和油箱；所述进气通道传感器和所述流量调节阀分别与所述plc控制器连接；所述进气通道传感器设置在所述进气通道的入口处，用以测量进气压力和进气温度；所述流量调节阀通过管路分别与所述液压腔和所述油箱连接，用以调整所述液压腔内的液压油量。
10.优选的是，所述进气通道传感器包括气压传感器和温度传感器。
11.优选的是，当所述升程限制器全部位于所述阀体的内部时，所述阀体的截面呈圆
环型，所述压盖设置于所述阀体的内底部，所述压盖的顶面、所述阀体的内壁以及所述阀座的底面合围形成所述气体空腔；所述压盖的顶面中心处设置有凸台，所述凸台上开设有类环形的第一凹槽；所述升程限位器的形状与所述第一凹槽的形状相配合，且可沿所述第一凹槽上下滑动，所述升程限位器的底面与所述第一凹槽合围形成所述液压腔；所述阀体的侧壁上进液口和出液口，所述进液口和所述出液口直接或通过管路与所述液压腔连通。
12.优选的是，所述凸台的顶面向下开设有第一安装槽，所述第一安装槽的直径小于所述第一凹槽的内径；所述弹簧的一端固定在所述第一安装槽内，另一端与所述阀芯固定连接；所述压盖上设置有多个所述排气通道；所述压盖的中心设置有中心排气通道，所述中心排气通道与所述第一安装槽连通。
13.优选的是，所述流量控制阀的数量为两个，分别为进液流量控制阀和出液流量控制阀；所述进液流量控制阀和所述出液流量控制阀分别通过管路与所述阀体的进液口和出液口连接，且所述进液流量控制阀与所述进液口之间以及所述出液流量控制阀与所述出液口之间均设置有流量传感器和单向阀，所述流量传感器与所述plc控制器连接。
14.优选的是，当所述升程限制器部分位于所述阀体的内部时，所述阀体靠近所述阀座的一端向下设置有第二凹槽，所述第二凹槽与所述阀座的底面合围形成气体空腔，所述第二凹槽的内底面向下开设有两个贯通槽；所述升程限制包括底座，所述底座的顶面上设置有两个与所述贯通槽相配合的滑柱，所述滑柱的上端穿过所述贯通槽伸入所述气体空腔内；所述底座的底面向上开设有第三凹槽；所述压盖包括底盖和连接螺杆，所述底盖与所述底座可拆卸连接，且所述底盖与所述第三凹槽共同形成所述液压腔；所述连接螺杆的一端依次穿过所述底盖、所述液压腔以及所述底座后与所述阀体固定连接；所述连接螺杆位于所述液压腔内的部分固定套设有隔板，所述隔板将所述液压腔分隔成互不连通的上液压腔和下液压腔，所述底座上开设有与所述上液压腔连通的上液压油口，所述底盖上设置有与所述下液压腔连通的下液压油口。
15.优选的是，所述阀芯的直径大于两个所述贯通槽之间距离；所述第二凹槽的内底面向下开设有第二安装槽，所述弹簧的一端固定在所述第二安装槽内，另一端与所述阀芯固定连接；所述阀体上设置有多个所述排气通道。
16.优选的是，所述流量控制阀分别通过管路与所述上液压油口和所述下液压油口连接，所述流量控制阀与所述上液压油口之间设置有流量传感器，所述流量传感器与所述plc控制器连接。
17.优选的是，所述阀座的底面对应所述阀芯的位置向上开设有导向槽，所述导向槽直径大于所述阀芯的直径，所述进气通道与所述导向槽连通；所述阀座的底面向上开设有多个半圆形凹槽，所述半圆形凹槽与所述导向槽连通。
18.本发明至少包括以下有益效果：
19.本发明所提供的适应多工况的压缩机气阀，通过在升程限位器的底部设置液压腔，通过控制液压腔中的液压油量，调整升程限位器与阀座之间的距离，进而实现对气阀升程的控制；即根据进气压力或温度的变化，调整升程限位器的位置，以改变进入阀隙的气流速度，使阀芯在最佳性能位置工作，避免排气阀发生颤振以及阀芯产生冲击，改善气阀工作性能，提高气阀寿命。
20.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本
发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
21.图1为本发明中所述升程限位器全部位于所述阀体内部时气阀的结构示意图；
22.图2为图1中a-a截面结构示意图；
23.图3为图1中b-b截面结构示意图；
24.图4为本发明中所述升程限位器全部位于所述阀体内部时所述升程限位器的结构示意图；
25.图5为本发明中所述升程限位器部分位于所述阀体内部时气阀的结构示意图；
26.图6为图5中c-c截面结构示意图；
27.图7为图5中d-d截面结构示意图；
28.图8为本发明中所述升程限位器全部位于所述阀体内部时流量控制阀的连接示意图；
29.图9为本发明中所述升程限位器部分位于所述阀体内部时流量控制阀的连接示意图；
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
31.需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.如图1～图9所示，本发明提供一种适应多工况的压缩机气阀，其特征在于，包括：
33.从上至下依次可拆卸连接的阀座4、阀体3和压盖1，三者之间形成一气体空腔9；所述阀座4上开设有与所述气体空腔9连通的进气通道6；所述阀体3或所述压盖1上开设有与所述气体空腔9连通的排气通道21；
34.升程限位器5，其设置在所述阀体3和所述压盖1之间，所述升程限位器5全部或部分位于所述阀体3的内部，并可沿所述阀体3的内壁滑动；所述升程限位器5朝向所述压盖1的一端与所述压盖1之间形成液压腔17；
35.阀芯7，其可上下移动的设置在所述气体空腔9内，且所述阀芯7位于所述升程限位器5上方，所述阀芯7的底部设置有弹簧8，所述阀芯7在所述弹簧8的反弹力推动下向上运动直至关闭所述进气通道7；
36.通过调整所述液压腔17内的液压油量，带动所述升程限位器5滑动，调整所述升程限位器5与所述阀座4之间的距离，以调整进入阀隙的气流速度，所述阀隙为所述阀芯7与所述阀座4的底部之间的间隙。
37.在这种技术方案中，在所述气体空腔9内，所述阀芯7位于所述阀座4与所述升程限
位器5之间，当通过所述进气通道6进入的气流推力大于所述弹簧8的反弹力时，气流会推动所述阀芯7向所述升程限位器5的方向移动，离开所述进气通道6，此时气阀打开，气流进入所述气体空腔9并从所述排气通道21中排出；气阀打开的状态下，当进入的气流推力的足够大，最终会将所述阀芯7压抵至所述升程限位器5上，因此所述升程限位器5与所述阀座4之间的距离即为所述阀芯7的移动范围，即对所述阀芯7的升程限位值；当进入的气流推力小于所述弹簧8的反弹力时，所述阀芯7在此反弹力的作用下逐渐向所述阀座4移动，并最终抵紧所述阀座4，此时所述阀芯7将所述进气通道6关闭。
38.考虑到所述阀芯7的运动状态取决于所述弹簧8的反弹力和气流推力的共同作用。其中气流推力fg＝βa
p
δpv，式中β为推力系数，与气阀结构形式相关；a
p
为阀座出口处通流面积；δpv为气体流经阀隙时的压力降。式中ρ为流经阀隙的气体密度；u
t
为阀隙内的气体瞬时流速。当进气压力变高时，进气密度ρ变大，压力降提高，气流推力变大，此时应该提高阀芯7的升程限位值，降低气流速度，从而降低压力降，避免所述阀芯7落座时产生较大的冲击力。当进气压力变低时，进气密度ρ变小，压力降降低，气流推力变小，此时应该降低阀芯7的升程限位值，提高气流速度，从而提高压力降，避免气阀发生颤振。因此在所述升程限位器5朝向所述压盖1的一端与所述压盖1之间形成液压腔17，当进气压力变高时，减少所述液压腔17中的液压油量，使所述升程限位器5向远离所述阀座4的方向滑动，降低所述升程限位器5的位置，增加所述升程限位器5与所述阀座4之间的距离，进而增加所述阀芯7的上下移动范围，即提高对所述阀芯7的升程限位值，降低气流速度；当进气压力变低时，增加所述液压腔17中的液压油量，使所述升程限位器5向所述阀座4的方向滑动，提高所述升程限位器5的位置，减小所述升程限位器5与所述阀座4之间的距离，进而减小了所述阀芯7的上下移动范围，即缩小对所述阀芯7的升程限位值，提高气流速度。
39.同样地，当从所述进气通道6进入的气流温度发生变化时，同样会导致气阀出现颤振或者使阀芯落座时产生较大的冲击力。因此也可以通过进入的气流温度的变化调整所述升程限位器5的位置，进而调整所述阀芯7的升程限位值，使所述阀芯7在最佳性能位置工作。
40.在另一种实施例中，所述适应多工况的压缩机气阀还包括：进气通道传感器24、plc控制器25、流量调节阀28和油箱30；所述进气通道传感器24和所述流量调节阀28分别与所述plc控制器25连接；所述进气通道传感器24在所述进气通道6的入口处，用以测量进气压力和进气温度；所述流量调节阀28通过管路分别与所述液压腔17和所述油箱30连接，用以调整所述液压腔17内的液压油量。
41.在这种技术方案中，通过所述plc控制器23接受所述进气通道传感器29测得的进气压力值和进气温度值，计算进气压力和进气温度与设计值的差值，计算所述升程限位器5的升程调节量，并将升程调节量转化为流量信号传输给所述流量调节阀24，然后通过所述流量调节阀24控制进入或排出所述液压腔17的液压油量，进而调整所述升程限位器5的位置。考虑到所述阀芯7的升程比较小，因此不采用连续调节所述升程限位器5的位置。计算得升程调节量在升程变化在0.2mm以上才调节。式中δh为升程调节量，p
t
是实测进气压力，ps为设计点进气压力，hs为设计升程，ts为设计点进气温度，t
t
为实测
进气温度。较优地，所述油箱30的出油口处设置有增压泵29，以便将液压油从所述油箱30中泵入所述流量控制阀28，进而进入所述液压腔17。进一步地，所述进气通道传感器29包括气压传感器241和温度传感器242，通过压力传感器测量241所述进气通道6的进气压力，通过所述温度传感器242测量所述进气通道6的进气温度。
42.在另一种实施例中，参照图1～图3，当所述升程限制器5全部位于所述阀体3的内部时，所述阀体3的截面呈圆环型，所述压盖1设置于所述阀体3的内底部，所述压盖1的顶面、所述阀体3的内壁以及所述阀座4的底面合围形成所述气体空腔9；所述压盖1的顶面中心处设置有凸台14，所述凸台14上开设有类环形的第一凹槽20；所述升程限位器5的形状与所述第一凹槽20的形状相配合，且可沿所述第一凹槽20上下滑动，所述升程限位器5的底面与所述第一凹槽20合围形成所述液压腔17；所述阀体3的侧壁上开设有进液口2和出液口13，所述进液口2和所述出液口13直接或通过管路与所述液压腔17连通。
43.在这种技术方案中，需要提高所述升程限位器5的位置时，从所述进液口2向所述液压腔17中注入液压油，将所述升程限位器5向上顶升；需要降低所述升程限位器5时，从所述出液口13将液压油排出，此时升程限位器5在重力作用下下降。较优地，为便于所述进液口2与所述出液口13直接与所述液压腔17连通、提高所述升程限位器5的稳定性以及增加所述升程限位器5与所述阀芯7的接触面积，可以在所述凸台14的两侧分别设置延伸至所述阀体3的内壁的凸块18；两侧的所述凸块18上开设有矩形凹槽，所述凸台14上开设环形凹槽，所述环形凹槽分别与两侧的矩形凹槽连通形成所述第一凹槽20；此时所述第一凹槽20以及所述升程限位器5的截面形状图4所示，此时所述升程限位器5沿所述阀体3的内壁以及所述凸台14的外壁上下滑动。所述升程限位器5的底部与所述凸台14接触的一侧以及所述阀体3的内壁接触的一侧均设置有密封件12，所述压盖1与所述阀体3的内壁之间也设置有密封件12。
44.为避免意外情况下，所述升程限位器5在液压作用下顶出所述第一凹槽20，可以在所述第一凹槽20的顶部设置水平向槽内延伸的内凸缘10，在所述升程限位器5的底部设置水平向外延伸的外凸缘11，使得所述升程限位器5上升至其外凸缘11顶住所述内凸缘10时停止，不再继续上升。
45.在另一种实施例中，所述凸台14的顶面向下开设有第一安装槽15，所述第一安装槽15的直径小于所述第一凹槽20的内径；所述弹簧8的一端固定在所述第一安装槽15内，另一端与所述阀芯7固定连接；所述压盖1上设置有多个所述排气通道21；所述压盖1的中心设置有中心排气通道16，所述中心排气通道16与所述第一安装槽15连通。在这种技术方案中，所述排气通道21从所述压盖1的顶面垂直向下贯通到所述压盖1的底部，较优地，多个所述排气通道21设置在所述凸台14之外的区域。
46.在另一种实施例中，参照图8，所述流量控制阀28的数量为两个，分别为进液流量控制阀和出液流量控制阀；所述进液流量控制阀和所述出液流量控制阀分别通过管路与所述阀体3的进液口2和出液口13连接，且所述进液流量控制阀与所述进液口2之间以及所述出液流量控制阀与所述出液口13之间均设置有流量传感器27和单向阀26，所述流量传感器27与所述plc控制器25连接。
47.在这种技术方案中，所述plc控制器25分别向所述进液流量控制阀和所述出液流量控制阀发出指令，通过所述流量传感器27测量流入和流出所述液压腔17的液压油量，并
反馈至所述plc控制器25中，记录当前已做出的升程调节量δhi。考虑到δh是相对设计点的升程调节量，因此在下一次进行升程调节时，下一次的实际升程调节量δh
i 1
＝δh-δhi，式中δh为根据下一次测得的p
t
和t
t
计算得到的升程调节量。通过所述单向阀26确保液压油只能从所述进液口2流入所述液压腔17，并且只能从所述出液口13流出所述液压腔17。
48.在另一种实施例中，参照图5～图7，当所述升程限制器5部分位于所述阀体3的内部时，所述阀体3靠近所述阀座4的一端向下设置有第二凹槽，所述第二凹槽与所述阀座4的底面合围形成所述气体空腔9，所述第二凹槽的内底面向下开设有两个贯通槽；所述升程限制5包括底座51，所述底座51的顶面上设置有两个与所述贯通槽相配合的滑柱52，所述滑柱52的上端穿过所述贯通槽伸入所述气体空腔9内；所述底座51的底面向上开设有第三凹槽；所述压盖1包括底盖101和连接螺杆102，所述底盖101与所述底座51可拆卸连接，且所述底盖101与所述第三凹槽共同形成所述液压腔17；所述连接螺杆102的一端依次穿过所述底盖101、所述液压腔17以及所述底座51后与所述阀体3固定连接；所述连接螺杆102位于所述液压腔17内的部分固定套设有隔板104，所述隔板104将所述液压腔17分隔成互不连通的上液压腔171和下液压腔172，所述底座51上开设有与所述上液压腔171连通的上液压油口53，所述底盖101上设置有与所述下液压腔172连通的下液压油口103。
49.在这种技术方案中，需要提高所述升程限位器5的位置时，从所述上液压油口53向所述上液压腔171注入液压油，将所述升程限位器5向上顶升，两个所述滑柱52沿所述贯通槽向上移动，使所述滑柱52的顶面与所述阀座4之间的距离变小，并且所述底座51与所述底盖101沿所述连接螺栓102向上滑动，将所述下液压腔172中的液压油从所述下液压油口103排出；需要降低所述升程限位器5的位置时，从所述下液压油口103向所述下液压腔172中注入液压油，将所述上液压腔171中的液压油从所述上液压油口53排出，所述底座51和所述底盖101沿所述连接螺栓102向下滑动，两个所述滑柱52沿所述贯通槽向下移动，使所述升程限位器5下降，使所述滑柱52的顶面与所述阀座4之间的距离变大。所述连接螺杆102与所述阀体3连接处还设置有紧固螺母23。同样地，所述滑柱52与所述贯通槽的内壁接触处设置有密封件12，所述底座51与所述底盖101接触处、所述底座51与所述连接螺栓102接触处以及所述底盖101与所述连接螺栓102接触处均设置有密封件12。
50.为避免意外情况下，所述升程限位器5在液压作用下向上移动较多，使得所述阀芯7的移动范围过小，可以在所述贯通槽的顶部设置水平向槽内延伸的内凸缘10，在所述滑柱52上设置水平向外延伸的外凸缘11，使得所述升程限位器5上升至其外凸缘11顶住所述内凸缘10时停止，不再继续上升。
51.在另一种实施例中，所述阀芯7的直径大于两个所述贯通槽之间距离；所述第二凹槽的内底面向下开设有第二安装槽22，所述弹簧8的一端固定在所述第二安装槽22内，另一端与所述阀芯7固定连接；所述阀体3上设置有多个所述排气通21。
52.在这种技术方案中，当所述阀芯7下移时，两个所述滑柱52可以同时支撑所述阀芯7。所述排气通道21从所述第二凹槽的内底面垂直向下贯通到所述阀体3的底部，较优地，多个所述排气通道21设置在所述贯通槽和所述第二安装槽22之外的区域。
53.在另一种实施例中，参照图9，所述流量控制阀28分别通过管路与所述上液压油口53和所述下液压油口103连接，所述流量控制阀28与所述上液压油口53之间设置有流量传感器27，所述流量传感器27与所述plc控制器25连接。
54.在这种技术方案中，所述plc控制器25向所述流量控制阀发出指令，以向所述上也液压腔171或者所述下液压腔172中注入液压油，通过所述流量传感器27测量流入和流出所述上液压腔171的液压油量，并反馈至所述plc控制器25中，记录当前已做出的升程调节量δhi。考虑到δh是相对设计点的升程调节量，因此在下一次进行升程调节时，下一次的实际升程调节量δh
i 1
＝δh-δhi，此时δh为根据下一次测得的p
t
和t
t
计算得到的升程调节量。
55.在另一种实施例中，所述阀座4的底面对应所述阀芯7的位置向上开设有导向槽41，所述导向槽41直径大于所述阀芯7的直径，所述进气通道6与所述导向槽41连通；所述阀座的底面向上开设有多个半圆形凹槽19，所述半圆形凹槽19与所述导向槽41连通。
56.在这种技术方案中，所述导向槽41、所述阀芯7与所述进气通道6同轴设置，所述导向槽41用以对所述阀芯7进行导向，使得所述阀芯7在所述弹簧8的反弹力作用下能够准确关闭所述进气通道6，因此所述导向槽41的直径只需略大于所述阀芯7的直径。当进入的气流推力略大于所述弹簧8的反弹力时，仅能使所述阀芯7下移很小的一段距离，此时所述阀芯7的顶面与所述导向槽41的内顶面之间的间隙较小，并且所述阀芯7的侧壁与所述导向槽41的侧壁之间的间隙也较小，气流较难通过此间隙进入所述气体腔体9内，因此通过多个所述半圆形凹槽19增加气流在所述阀芯7与所述导向槽41之间流通面积，使气流顺利进入所述气体腔体9内。
57.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。