一种空气压缩装置及空气压缩方法与流程

本发明涉及空气压缩设备，尤其涉及一种空气压缩装置及空气压缩方法。

背景技术：

1、压缩空气可能是制造工厂最昂贵的能源形式之一，通常比其他设备消耗更多的能源。一马力的压缩空气需要八马力的电力，由于许多空气压缩机的运行效率低至10%，通常还有很多改进空间。现有的活塞式空压机的优点是结构简单，使用寿命长，并且容易实现大容量和高压输出，其中活塞压缩机双级机是一种高效的压缩机设备，通常用于工业制冷、空气压缩、气体压缩等场景。它的工作原理基于两个紧密配合的活塞，通过往复运动来压缩气体，使其压力提高；

2、但是由于空气经过一次压缩后虽然体积缩小，但是温度升高，二次压缩的进气温度高导致压缩效率显著降低且使得设备整体温度高，影响设备性能和使用寿命；

3、针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：在现有的活塞压缩机双级机增加了冷却功能，且可根据压缩效率精准控制冷却过程，既能够保证冷却效率同时避免能源浪费，还具有余热回收效果，实现了环保节能。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种空气压缩装置，包括储气罐和控制面板，所述储气罐的顶端表面固设有设备支架，所述设备支架的顶端表面安装有压缩室，所述压缩室的内部开设有一级压缩腔体和二级压缩腔体，所述一级压缩腔体和二级压缩腔体的内部安装有压缩组件，所述一级压缩腔体和二级压缩腔体之间共同连接有连通管道，所述连通管道的外侧表面安装有冷却组件；

3、所述冷却组件包括套管，所述套管套装于连通管道的外侧，所述套管的内壁处固设有若干个扰流组件，所述套管的一端表面连接有冷水进管，所述冷水进管的内部安装有流量控制阀，所述套管的另一端表面连接有余热回收管道；

4、所述控制面板包括温度监测单元、冷却模型建立单元、冷却效率平衡单元、冷却控制单元和扰流控制单元；

5、温度监测单元用于通过温度传感器获取实时温度数据并发送至冷却模型建立单元；

6、冷却模型建立单元获取冷水进管中的冷却水流速范围，并结合环境温度和冷却后空气理想温度建立冷却效率模型；

7、冷却效率平衡单元获取二级气体压缩腔内的预设压缩效率，将预设压缩效率值输入冷却效率模型后输出冷却水设定流速，将冷却水设定流速发送至冷却控制单元；

8、冷却控制单元通过流速传感器获取套管内的冷却水实时流速，进而根据冷却水设定流速计算流速调整值并发送至扰流控制单元，根据流速调整值调节流量控制阀，使得套管内的冷却水流速达到冷却水设定流速；

9、流速调整值∆v=v0-vt，其中vt为冷却水实时流速，若∆v大于0，则将流量控制阀正向扭转，使得冷却水实时流速增加；

10、若∆v小于0，则将流量控制阀逆向扭转，使得冷却水实时流速减慢；

11、若∆v等于0，则无需调节流量控制阀。

12、扰流控制单元获取流速调整值并处理，判断流速调整值达到扰流阈值后产生接电信号，根据接电信号将扰流组件接入电路产生扰流效果提高冷却效率。

13、计算扰流阈值k：，其中kim为常数值，若k大于0，表示冷却效率需求高，产生接电信号，获取接电信号后将压电陶瓷片接入电路使得压电陶瓷片产生振动进而提高冷却效率；

14、若k小于或者等于0，表示冷却效率需求低，不产生任何信号。

15、进一步的，所述一级压缩腔体的外侧表面开设有一级进气端口和一级出气端口，所述一级进气端口的外侧连接有吸入式过滤器，所述二级压缩腔体的外侧表面开设有二级进气端口和二级出气端口，所述连通管道的两端分别连接于二级进气端口和一级出气端口，所述二级出气端口和储气罐之间连接有压缩空气输出管。

16、进一步的，所述压缩组件包括活塞，所述设备支架的顶端表面固设有驱动电机，所述驱动电机的输出端安装有驱动轮，所述压缩室的内部贯穿连接有转动轴，所述转动轴的一端延伸至压缩室的外侧并固设有从动轮，所述驱动轮和从动轮之间共同安装有传送皮带，所述转动轴的另一端表面套装有两个曲轴连杆，两个所述活塞分别固设于曲轴连杆的末端表面，两个所述活塞分别活动连接在一级压缩腔体和二级压缩腔体的内壁处。

17、进一步的，所述扰流组件包括连接环和压电陶瓷片，若干个所述连接环均匀分布在套管的内壁处，所述压电陶瓷片活动套装在连接环的外侧。

18、进一步的，所述实时温度数据包括环境温度t1、一级压缩腔体内的初级压缩气体温度t2和二级压缩腔体的二级压缩气体温度t3，所述储气罐的外侧表面设置有第一温度传感器，第一温度传感器用于获取环境温度t1；一级出气端口处设置有第二温度传感器，第二温度传感器用于获取初级压缩气体温度t2，二级进气端口处设置有第三温度传感器，第三温度传感器用于获取二级压缩腔体的二级压缩气体温度t3。

19、进一步的，建立冷却效率模型的具体过程如下：

20、s101、获取环境温度t1和一级压缩腔体内的初级压缩气体温度t2，计算内外温度差δt：，内外温度差与冷却水的冷却效率正相关，内外温度差越大，表示冷却水的冷却效率越高，反之内外温度差越小，表示冷却水的冷却效应越低；

21、s102、获取冷水进管中的冷却水流速范围（vmin，vmax）和二级压缩腔体的二级压缩气体温度t3建立关于预设压缩效率wmin的相关方程：，其中e1、e2、e3、e4皆为预设比例系数，v0为冷却水设定流速；

22、预设压缩效率wmin表示二次空气压缩的最低效率，基于达到二次空气压缩的最低效率前提下，实现冷却后进入二级压缩腔体内的实时温度低于压缩要求的最高气体温度，冷却水流速与冷却水的冷却效率同样正相关，冷却水流速越块，冷却水的冷却效率越高，反之冷却水流速越慢，冷却水的冷却效率越低。

23、本发明还提供一种空气压缩装置的空气压缩方法，包括一级空气压缩、压缩空气传输及冷却和二级空气压缩，具体过程如下：

24、一级空气压缩：空气自吸入式过滤器过滤后进入一级进气端口，通过驱动电机带动一级压缩腔体内的活塞往复运动实现空气压缩，得到温度升高后的一次压缩空气；

25、压缩空气传输：温度升高后的一次压缩空气自连通管道导入至二级压缩腔体，根据二级气体压缩腔内的预设压缩效率调整套管中的冷却水流速，套管中的冷却水将热空气的热量带走，进入二级压缩腔体内的一次压缩空气温度达到压缩前的冷却值；

26、二级空气压缩：通过驱动电机带动二级压缩腔体内的活塞往复运动对冷却后一次压缩空气进行二次压缩。

27、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明在现有的活塞压缩机双级机基础功能上增加了冷却功能，对一次压缩后温度升高的压缩空气进行降温，确保在进行二次压缩前温度处于可控范围，既增加了设备的安全性能且提高了压缩效率，使得输出的压缩气体达到高压需求，且在冷却过程中可根据压缩效率精准控制冷却过程，既能够保证冷却效率同时避免能源浪费，还具有余热回收效果，实现了环保节能。